加固后T梁橋標準化荷載試驗檢測方案設計

謝 琪，饒承彪，王 濤

(1.中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081；2.貴州省公路建設養護集團有限公司，貴州 貴陽 550016)

1 工程概況

某高速公路橋梁因位于煤礦采空區，由于橋址區域一定范圍內發生土體滑動，導致橋墩整體位移，其中，多個墩柱位移不一致導致上部T梁受損嚴重開裂，經充分評估，擬對橋梁進行更換部分上部結構，部分進行粘貼鋼板、碳纖維等處理措施，對下部結構進行糾偏校正。加固后橋梁按照規范規定程序進行橋梁檢測，涉及范圍為3×40 m跨先簡支后連續T梁橋，橋梁上下分行，上行布置6片T梁，下行布置橋梁橫截面采用5片T梁，橋墩采用雙柱式墩，橋臺為重力式U形橋臺。

2 總體檢測內容規劃

2.1 工作流程

根據檢測工作的需要，將試驗檢測工作流程劃分為7個步驟，具體如圖1所示。

其中，需要注意的關鍵點有：

1)現場踏勘。需對橋梁現場進行詳細勘察，掌握橋梁當前基本狀況，明確是否影響試驗檢測車輛使用，初步規劃檢測工作的安排。

2)方案的編制。根據現場踏勘的結果，結合橋梁竣工資料，編制橋梁試驗檢測方案，對于有特殊要求的橋梁，需進行專項討論，并規劃檢測方案，對于不能采用橋梁檢測車的橋梁要設計檢測支架搭設方案，同時安排檢測人員、試驗儀器設備。

2.2 檢測參數

2.2.1 外觀檢查

依據JTG H11—2004公路橋涵養護規范及JTG/T H21—2011公路橋梁技術狀況評定標準相關要求招標文件要求的受檢橋梁各構件進行到位外觀檢查。具體檢查內容包括：橋面系外觀檢查，上部結構檢查(含蓋梁、護欄、伸縮縫、支座)，下部結構檢查，其他結構物等。

2.2.2 實體檢測

1)常規實體檢測頻率及內容。

常規實體檢測包括結構尺寸、混凝土強度、鋼筋保護層厚度、橋面橫坡、護欄強度、伸縮縫高差等參數，其中，結構尺寸、混凝土強度、鋼筋保護層厚度為上下部結構共檢參數，上部結構、T梁，每個梁片應檢測3個測區的混凝土強度，下部結構則墩、臺各2個測區，通常采用回彈法進行檢測并進行聯合推定梁片強度；結構尺寸采用鋼卷尺測量，對于上部結構，需進行橋長、主要構件尺寸的測量，下部結構主要測量墩臺；鋼筋保護層厚度采用鋼筋掃描儀或直接破開保護層進行測量；對于本橋中，由于橋梁整體出現過位移，需對下部結構的垂直度進行檢測，橋墩垂直度采用全站儀進行測量[1-2]。

2)維修加固實體檢測及內容。

加固維修后的檢測包括橋梁缺陷的處治、裂縫的修復、粘貼鋼板的檢測、粘貼纖維復合材料的檢測、更換伸縮縫檢測、更換支座檢測、橋墩垂直度檢測(糾偏后)等，實際的檢測參數根據工程實際情況進行選擇。

橋梁缺陷的處治檢測內容主要為修補后的平整度要求，另外還包括色差等。裂縫的修復檢測包括修補后的外觀檢測、修補后的強度檢測(采用鉆芯-劈裂抗拉強度)。粘貼鋼板的檢測包括主材的檢測、錨栓植入深度檢測、有效黏結面積檢測。其中有效黏結面積的檢測可采用敲擊檢測法、超聲波檢測和紅外線檢測。粘貼纖維復合主要檢測所粘貼碳纖維的中心線誤差、空鼓面積、膠黏劑厚度、材料強度。伸縮縫更換檢測包括伸縮縫長度、縫寬、與橋面高差、縱坡和橫向平整度。支座更換檢測包括支座中心線橫向偏位、支座順橋向偏位、支座高程、支座四角高差[3]。

2.2.3 荷載試驗

荷載試驗主要是通過試驗加載的方式，用以驗證結構的承載力是否滿足設計荷載的要求，包括靜載和動載，靜載試驗應包括：1)主梁應變測試。2)主梁撓度測試。3)梁體在荷載試驗過程中裂縫觀測。動載試驗測試參數應包括：1)主梁自振特性測試。2)行車動力響應測試等[4]。

3 靜載試驗

為確保靜載試驗的結果能夠真實反映橋梁的承載力，靜載試驗需滿足以下要求：

首先是荷載試驗的效率系數應控制在0.95～1.05，同時應選擇適宜的荷載車輛；其次是需根據理論計算，確定最不利受力截面，從而確定加載位置和荷載車數量；最后是分級加載原則，確定后的荷載車數量宜采用分級加載的形式，盡量以三級加載的形式進行。

3.1 加載荷載

加載荷載的選擇應根據橋梁的設計荷載進行選擇，對于公路橋梁，應選擇與公路橋梁設計的標準車輛相近的荷載車作為加載荷載的基本單元，并根據計算的試驗效率確定荷載車的數量。常規的荷載試驗車輛選擇為三軸車，車輛全長7 m，軸長5 m，前軸與第一個后軸距離3.6 m，兩后軸間距1.4 m。總重400 kN，其中前軸與后軸分配為0.25∶0.75。

試驗過程如需調整加載荷載總重，可以根據計算結果調整試驗車輛的總重，但必須對試驗車輛進行編號，在各級加載的過程中切勿安排錯誤車輛導致試驗結果偏差。需注意的是，在試驗過程中，應采用合適的布載方式，將相關工況合并加載。

3.2 靜載試驗方案

采用上行為示例進行靜載試驗方案的設計。正彎矩測試截面應變和撓度測量，負彎矩測試截面應變。設計荷載采用公路-Ⅰ級。計算模型采用Midas Civil 2019進行建模，采用單梁模型、結合橫向分布系數進行計算，有限元模型如圖2所示。

3.2.1 試驗跨選擇、截面測點布置及試驗工況

1)試驗跨及測點的布置。

根據對設計荷載公路-Ⅰ級的布載計算，確定該三跨連續T梁的試驗跨為邊跨和中跨。測點的布置分為應變測點布置和撓度測點布置，其中撓度的測點布置于每片T梁的中心線頂，應變測點如圖3所示。

2)試驗工況。

為模擬實際工況，結合規范要求，進行每個截面中載和偏載的加載，即為試驗截面在最不利汽車荷載作用下的中載和偏載。

3.2.2 橫向分布系數計算及試驗效率計算

橫向分布系數采用剛性橫梁法進行計算，對于本文中的工程實際，在布置兩個車道荷載的情況下，計算各梁的橫向分布系數，如表1所示。

表1 橫向分布系數計算結果表

根據橫向分布系數的計算結果，在有限元中計算出單梁加載的數值，并通過橫向分布系數分配荷載方案加載下的各級試驗荷載及效率系數，以中載為例，計算結果如表2所示。

表2 中載試驗主要工況荷載效應(6 m間距加載)

3.2.3 理論撓度、應變的計算

通過有限元模型的理論加載結果，以工況1為例，計算各測點的撓度、應變理論值，如表3,表4所示。

表3 工況1撓度理論計算值 mm

表4 工況1應變理論計算值 με

4 動載試驗

動載試驗包括通過脈動試驗，測量結構的基頻；通過跑車試驗和剎車試驗，獲取結構的沖擊系數，對橋梁的動力響應進行評價。在橋面無車輛、行人通行，且橋址附近無振動源的情況下，采用加速度傳感器測量橋梁的振動；跑車試驗則是通過荷載車輛以一定的速度通過橋梁時橋梁的動載響應，通常采用動應變傳感器測量記錄測點的反應實測曲線。剎車試驗則是試驗車輛以一定的速度形式，在特定的截面剎車，測定動應力和動撓度時間歷程響應曲線來評價結構的動力響應[5-6]。

5 結語

本文以一加固后的三跨連續T梁為工程實例，進行加固后橋梁的試驗檢測方案設計，梳理加固后橋梁應檢測的參數和相關技術要求，同時開展荷載試驗方案的設計，為同類工程提供參考。