傾覆橋梁相鄰橋跨破壞機理分析

李功文，孫中洋，孟旭，南林，陳春波，白光亮

（招商局重慶公路工程檢測中心有限公司，重慶 400067）

1 工程概況

某匝道橋共6 聯，其中發生傾覆事故的第5 聯為鋼箱梁，橋跨布置為37.5 m+50 m+37.5 m，相鄰第4 聯采用預應力現澆混凝土連續箱梁，上部結構橋跨布置為6×20 m，下部構造為雙柱墩，基礎為摩擦樁，其中第21#、22#墩樁基長度均為20 m，樁徑為1.3 m。為探明第4 聯橋梁損傷情況，對其進行外觀、專項檢測及結構檢算。橋梁傾覆后現場照片如圖1 所示。

圖1 傾覆橋梁現場照片

2 外觀及專項檢查

第4 聯重點關注墩柱編號如圖2 所示，現場檢測情況如圖3 所示。

圖2 第4 聯重點關注墩柱編號

圖3 外觀檢測情況

第4 聯21#、22#、23#墩支座均存在支座串動，21-1#、22-1#支座存在大于5 cm 的滑動痕跡，23-1#支座移動10.0 cm，23-2#支座移動12.5 cm，同時23-1#支座地腳螺栓剪斷。

21#、22#墩開挖至樁基頂部約1 m 處，樁基未發現明顯病害。

主梁實測中心線與設計中心線最大處相差3.3 cm，主梁未見明顯平面變形[1]，23#墩墩頂最大橫向偏位為7.6 cm。主梁平面變形及墩柱偏位情況如圖4 所示。

圖4 第4 聯主梁及墩柱偏位示意圖

采用非金屬超聲儀對21#、22#墩進行混凝土無損檢測[2]，測試其破損區域橫截面上裂縫深度，墩柱破損情況如圖5～圖6 所示。

圖5 21#墩柱裂縫及缺陷分布圖

圖6 22#墩柱裂縫及缺陷分布圖

3 受力機理研究

依據設計、規范等相關文件，結合外觀、實體檢測，偏位監測等資料，推測第4 聯受力過程為：

1）第5 聯鋼箱梁傾覆過程中通過伸縮縫梳齒板及支座地腳螺栓帶動第4 聯向右側移動；

2）傾覆過程中23-1#支座地腳螺栓全部剪切破壞，轉換為雙向滑動支座；

3）鋼箱梁傾覆后側向支承在23#墩蓋梁，導致蓋梁右側被嚴重壓壞，推斷23#墩柱開裂主要由于梁體傾覆后造成。

4 結構檢算

4.1 計算參數

第4 聯23-1#支座地腳螺栓尺寸為φ24 mm×300 mm，4 顆螺栓全部剪斷后，梁體與墩柱之間的水平力傳播途徑被切斷，因此，梁體所承受的最大水平力即為螺栓剪切極限承載力，按照Q235 鋼材抗剪強度為115 MPa 取值，僅考慮支座螺栓剪斷則第4 聯混凝土梁體所受水平力為208.1 kN。但綜合21#、22#墩柱底部內側混凝土壓潰脫落，該位置產生的壓應力大于30 MPa，并考慮地腳螺栓有一定安全儲備，第4 聯最大水平推力取為700 kN 計算。

根據現場墩柱豎直度測量結果，23#墩蓋梁強制位移可能為7.6 cm。根據23#墩蓋梁頂面支座與梁底面相對位移檢測結果推斷其橫向位移可能為12.5 cm。因此，計算分別采用7.5 cm和12.5 cm 強制位移分析23#墩柱及其樁基的受損情況[3]。第4聯整體結構分析模型如圖7 所示。

圖7 第4 聯整體結構分析模型圖

4.2 受力階段

驗算分成2 個受力階段考慮，第一階段，700 kN 水平力通過梁體傳遞至21#、22#墩及其他墩柱的階段。第二階段，伸縮縫梳齒板破壞或脫離，支座螺栓剪切斷裂，梁體所受水平力釋放，鋼箱梁傾覆后壓在23#墩蓋梁上，用強制位移7.5 cm 和12.5 cm 分別分析樁基的受損情況。

4.3 計算結果

21-1#、22-1#（在水平力作用下）、23-1#、23-2#墩柱（在23#墩頂7.5 cm 及12.5 cm 強制位移作用下）承載能力狀態計算內力值大于抗力值，表明其承載能力不滿足規范要求，墩柱底部計算裂縫寬度范圍為0.30～0.91 mm，受拉區外緣鋼筋應力均超過屈服應力330 MPa，裂縫寬度及鋼筋拉應力值均不滿足規范要求，鋼筋有屈服破壞風險。

23-1#、23-2#（在23#墩頂7.5 cm 及12.5 cm 強制位移作用下）樁基承載能力狀態計算內力值大于抗力值，表明其承載能力不滿足規范要求，23#墩蓋梁在強制位移12.5 cm 作用下，23-1#樁基、23-2#樁基裂縫寬度超限；受拉區外緣鋼筋應力均超過屈服應力330 MPa，裂縫寬度及鋼筋拉應力值均不滿足規范要求，鋼筋有屈服破壞風險。主要墩柱及樁基計算結果如表1 所示。

表1 主要墩柱及樁基計算結果

5 結語

1）本文通過對某傾覆橋梁相鄰橋跨外觀、專項檢測，推定該聯橋梁的受力破壞過程，并根據其破壞情況對破壞過程中受力狀況進行分析，并將分析結果模擬成2 個受力階段分別對21#～23#橋墩及基礎進行檢算。

2）21-1#、22-1#、23-1#、23-2#墩柱承載能力及裂縫寬度驗算均不滿足規范要求，計算裂縫寬度超限與現場檢測情況相符，說明該聯受力過程推定與現場情況相符，受力參數取值準確。

3）該橋通過現場檢測情況進行受力過程推定，并采用推定結果計算受力參數進行承載力分析的方式為此類事故橋梁檢測提供思路，同時為之后的加固處治措施提供依據。