旅游景區鋼構人行棧道橋安全檢測評估

于海龍, 楊 奎

(1. 安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司, 安徽合肥 230000; 2. 四川建筑職業技術學院 , 四川德陽 618000)

1 工程概況

隨著國內旅游業蓬勃發展，景區重大安全事故也時有發生。許多旅游棧道往往缺乏設計及施工過程中的質量控制，仍然主要依賴經驗設計、建造。目前國內尚無現行的設計和施工規范可循，棧道的安全檢測評價也暫無統一標準。本文針對某旅游景區鋼構人行棧道安全檢測問題進行分析研究 , 提出棧道荷載試驗方法，以供大家在工程實踐中參考。

某景區棧道依山勢而建。為避開滑坡、落石、危巖等不良地質體影響而新建一部分棧道，另一部分棧道則在原有棧道鋼架上或更換棧道板或在原有棧道鋼架上新增設[10槽鋼和加鋪棧道板而成。某棧道區間原有鋼架為14×2.5 m連續鋼架，棧道寬2.2 m。該段棧道每孔鋼架橫向設兩根I10工字鋼立柱，立柱頂設I10工字鋼橫梁，橫梁上縱向設3根I10工字鋼主梁。主梁上等間距新增加布置[12槽鋼作分配梁，分配梁上沿縱向加設3根[10槽鋼作縱梁。縱梁上橫向滿鋪松木板作棧道橋面。該人行鋼橋建設年代未知，需要對原鋼棧道結構進行荷載試驗以評估其安全性。

2 檢測項目及儀器設備

本次檢測主要包括以下項目：

(1)全橋外觀檢查。包括鋼結構銹蝕、開裂等，利用現有條件，對主梁、次梁、橫梁、橋臺、橋面以及欄桿等部位進行檢查。

(2)靜載試驗。通過測量橋梁結構在靜力試驗荷載作用下各控制截面的應變和撓度，從而掌握橋梁結構實際工作狀態，評價橋梁結構的使用性能。

本次使用的主要儀器設備：鋼卷尺、游標卡尺、數顯百分表、無線多功能靜態應變測試系統、裂縫寬度檢測儀。

3 靜載試驗

靜載試驗是通過對試驗荷載作用下棧道結構的內力與變形進行測量，從而對棧道工作狀態和工作性能進行檢驗。棧道結構不僅受到其本身重量即恒載的作用，同時還受到人群荷載、風荷載雪荷載等活載的作用。靜力加載試驗是對棧道結構在設計荷載作用下棧道的工作狀態與工作性能進行檢驗，從而確定棧道的承載能力是否滿足設計要求。目前棧道還沒有統一的檢測規范可循，現根據JTG/T J21-2011《公路橋梁承載能力檢測評定規程》和JTG/T J21-01-2015《公路橋梁荷載試驗規程》，進行本次荷載試驗及對本次試驗荷載結果進行評定。本次測試截面位置示意圖見圖1，測試點布置在主梁各截面的上下底面。

圖1 靜載試驗測試截面位置示意(單位：cm)

根據現場實際檢測結果，對上部剛架結構進行承載力驗算，分析剛架的受力特點。考慮到棧道可能存在的人員密集情況，棧道活荷載取為3.5 kN/m2，活載系數取1.4。剛架材料采用Q235鋼材，抗拉、抗壓和抗彎強度設計值根據GB 50017-2017《鋼結構設計規范》表3.4.1-1取為215 N/mm2，抗剪強度設計值取為 125 N/mm2；其余計算參數均按現行有關設計規范進行取值。采用Midas Civil 2014有限元軟件計算。模型中所有結構均采用梁單元模擬。縱梁和橫梁的連接均考慮為彈性連接，兩端支座處采用剛接近似處理，忽略棧道木板自重對上部結構的影響。棧道人群活荷載在有限元軟件中以均布荷載方式施加在槽鋼上。

由計算結果可知，工字鋼梁主梁在人群荷載作用下支座B-B截面有最大負彎矩，彎矩值M=4.3kN·m。考慮現場條件限制，加載重物采用水袋裝水進行加載。水袋規格為2.5m×1.5m×0.8m=3m3，即單個水袋充滿水后總重量為3 t。將兩個水袋順橋向置于橋面，然后用抽水機抽水加載。根據彎矩等效原則，水袋充滿水后支座B-B截面最大負彎矩為M=4.5kN·m，加載效率ηq=1.04，滿足試驗規程加載效率系數ηq=0.95～1.05的要求。

3.1 測試項目及方法

本次靜力荷載試驗確定的試驗項目主要有：

(1)應變：工字鋼梁測試截面在試驗荷載作用下的應變。應變測量采用在工字鋼主梁、橫梁頂面和底面粘貼電阻應變片。

(2 )撓度：工字鋼梁測試截面在試驗荷載作用下的撓度。撓度測試采用數顯百分表進行測試。

本次靜力加載試驗確立的加載位置為：棧道橋梁跨中。加載方式采用分級加載，加載試驗采用預壓水袋進行(每個水袋充滿約30 kN)，加載過程隨著抽水機注水緩慢進行。同時由專門人員統一指揮加載的實施，及時掌握各方面的情況，確保安全有序地實施加載計劃。

3.2 測試結果與分析

3.2.1 應變測試結果與分析

試驗工況作用下測試截面應變見表1。

表1 試驗荷載作用下測試截面主要測點應變及校驗系數

由表1可見，在荷載作用下，橋跨測試截面應變校驗系數在0.78～0.91范圍內，測試截面實測應變值均小于理論計算值，測試截面應變校驗系數滿足相關規范要求；卸載完畢后，橋跨測試截面最大相對殘余應變為5.26 %，表明試驗橋跨工作性能良好，整體處于彈性工作狀態。試驗橋跨結構強度滿足試驗荷載要求。

3.2.2 撓度測試結果與分析

試驗工況下測試截面撓度及校驗系數見表2。

由表2可見，在荷載作用下，橋跨測試截面撓度校驗系數在0.76～0.81范圍內，測試截面實測撓度值均小于理論計算值，測試截面撓度校驗系數滿足相關規范要求；卸載完畢后，橋跨測試截面最大相對殘余撓度為14.07 %，在卸載后具有較好的變形恢復能力，整體處于彈性工作狀態。試驗橋跨結構剛度滿足試驗荷載要求。

3.3 焊縫觀測

試驗前對測試截面附近區域進行焊縫檢查，測試截面附近焊縫未發現可見裂縫；在試驗橋跨各加載工況下，焊縫未出現可見裂縫。

表2 試驗荷載作用下測試截面撓度及校驗系數

4 檢測結論

4.1 外觀檢查

(1)橋面系：橋面棧道板外觀狀況良好。

(2)上部結構：工字鋼主梁、工字鋼橫梁外觀狀況良好。

(3)下部結構：工字鋼立柱外觀狀況良好。

4.2 靜載試驗

(1)本橋測試截面的靜力試驗荷載效率為1.04，符合JTG/T J21-2011《公路橋梁承載能力檢測評定規程》第8.1.2條的規定，靜力荷載試驗效率ηq宜介于0.95～1.05之間，其試驗檢測結果能反映結構的實際工作狀態。

(2)在水袋荷載作用下，測試截面實測應變值均小于理論計算值，應變測點的校驗系數介于0.77～0.91之間；卸載后的相對殘余應變均小于規范限值20 %，說明本棧道橋承載力滿足安全使用要求。

(3)在水袋荷載作用下，測試截面的實測撓度值均小于理論計算值，撓度測點的校驗系數介于0.76～0.81之間；卸載后的相對殘余撓度均小于規范限值20 %，說明本棧道橋剛度滿足正常使用要求。

(4)加載前對測試截面附近區域進行焊縫檢查觀測，測試截面附近焊縫未發現可見裂縫；在試驗橋跨各加載工況下，焊縫未出現可見裂縫。

綜上所述，本鋼棧道橋試驗橋跨剛度、強度和承載力滿足人群荷載3.5 kN/m2要求。

5 養護建議

根據檢測結果，以及相關資料，特提出以下建議：

(1)加強棧道橋的檢查和養護工作，經常巡視，及時更換腐蝕的木材，對鋼梁銹蝕部分及時除銹并補噴防銹涂料。

(2)客流量超過設計值時，采取限流措施。