某服役簡支梁橋項目荷載試驗及承載能力評定探討

摘要 公路橋梁服役階段積極開展承載能力檢測評定，對保證橋梁運營安全具有重要意義。因此，該文章依托某現(xiàn)役簡支梁橋項目，通過外觀質量檢查、荷載試驗及承載力檢算，系統(tǒng)分析了靜、動載作用下現(xiàn)役橋梁力學特性，并對其承載能力實施評價。結果顯示：（1）該簡支梁橋外觀質量良好；（2）各種工況條件下，該簡支橋梁靜、動載試驗實測撓度、應變值均低于理論值，表明橋梁應力、變形及平整度均符合標準要求；（3）橋梁承載力評價時，無論是否考慮強度折減及修正條件，所得到的跨中斷面抗力均高于其彎矩值，充分表明橋梁結構承載性能完全滿足標準要求，能夠保證汽-20、掛-100通行安全。

關鍵詞 公路橋梁項目；荷載試驗；橋梁檢測；可靠性評估

中圖分類號 U441 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）15-0101-03

0 引言

簡支梁橋作為一種常見的橋梁結構形式，具有施工簡便、受力合理、成本低等優(yōu)點，在公路橋梁項目建設中備受青睞。但實際施工過程中，受材料特性、工法、環(huán)境等諸多因素影響，此類橋梁極易出現(xiàn)下?lián)线^大現(xiàn)象，從而引發(fā)梁板開裂問題，嚴重影響橋梁結構承載性能，威脅行車安全[1]。為此，該文結合某現(xiàn)役簡支梁橋案例，通過試驗檢測及力學計算對其承載性能實施評價，具有重要的實踐意義[2-4]。

1 工程概況

某現(xiàn)役簡支梁橋工程，橋跨組合為4 m×20 m，各跨由7片空心板梁組成，梁體高度為0.9 m，寬度為1.24 m，橋面整體寬度為9.0 m。橋梁下部結構采用U型臺和柱式墩，基礎形式為擴大基礎。其中基礎及墩臺混凝土強度等級均為C30，空心板梁為C40。橋梁荷載等級為汽-20、掛-100。為全面了解橋梁運營能力，保證交通運輸安全，采取外觀質量檢查、荷載試驗及力學檢算等方式，對該橋承載性能實施評定。

2 橋梁外觀質量檢測

該橋梁工程外觀質量檢測結果為：

（1）外觀檢查結果：1）通過外觀檢查發(fā)現(xiàn)，該橋空心板頂面存在縱橫向開裂10處，長度為1.0～5.0 m，寬度為1.0～2.5 mm；2）空心板底部存在縱向開裂5處，長度0.3～1.1 m，寬度0.04～0.06 mm；3）支座系統(tǒng)存在9處脫空。

（2）梁體回彈結果：選取典型部位通過回彈法檢測梁體混凝土強度，共檢測6處，結果顯示各部位混凝土強度均滿足規(guī)范要求。

（3）碳化深度檢測結果：混凝土碳化深度與鋼筋保護層厚度之比介于0.07～0.08之間，均未超過1.0，表明橋梁混凝土碳化較輕，基本不會影響構件耐久性能。

（4）保護層厚度：鋼筋保護層厚度符合相關規(guī)范要求，可起到良好的保護效果，檢測部位鋼筋未出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。該工程綜合技術評定分值為83.0分，技術等級為2級。

3 荷載試驗

荷載試驗主要分為靜載和動載試驗兩部分。根據(jù)該橋梁工程實際情況構建數(shù)值模型，根據(jù)交通荷載條件下空心板橋受力實際值與理論值之比，對橋梁承載性能實施評定。該項目選用Midas Civil系統(tǒng)構建三維模型，對空心板梁承載能力實施模擬計算，數(shù)值模型如下圖1所示。

3.1 靜載試驗

試驗荷載確定：以裂縫較為嚴重的第3跨空心板梁為研究對象，選取4輛噸位為40.0 t的重載車輛施加荷載。試驗過程共包含2種工況條件，每一工況條件下的加載系數(shù)介于0.95～1.05之間。試驗過程中采取分級方式進行加載，共分3個荷載等級，加載車輛各項性能指標及布置情況，如表1、圖2所示；靜載模擬理論值與加載效率，如表2所示。

靜載試驗觀測方案：（1）應變測點布置：根據(jù)該橋梁實際情況，在空心板梁底選取合適部位布設應變測點，共計7處，并在各點處設置應變計；（2）撓度測點布置：于第3跨空心板中間部位及2 #、3 #墩支座位置設置撓度監(jiān)測點，共計21處，通過高精度水準儀測取各點撓度值。

靜載試驗結果分析：（1）通過靜載試驗得到兩種工況條件下橋梁應變規(guī)律：工況1、2條件下，關鍵測點處的應變系數(shù)分別介于0.49～0.51和0.50～0.51區(qū)間內，均未達到相關標準規(guī)定的0.6～0.9區(qū)間，充分說明最不利荷載條件下，橋梁實際應變低于模擬計算值，結構應力狀況完全符合標準要求[5]。（2）撓度檢測結果：通過靜載試驗得到2種工況條件下橋梁撓度變化規(guī)律：工況1、2條件下，關鍵測點部位撓度系數(shù)分別介于0.57～0.61和0.49～0.66區(qū)間內，均未達到相關標準規(guī)定的0.7～1.0區(qū)間，充分說明最不利荷載條件下，橋梁實際撓度低于模擬計算值，空心板梁變形情況完全符合標準要求[6]。

3.2 動載試驗

動載試驗內容主要包括環(huán)境振動試驗和無障礙行車試驗兩部分，兩項試驗測點布設情況見下圖3、圖4所示；

動載試驗結果分析：（1）環(huán)境振動試驗：經(jīng)試驗檢測得到動載作用下橋梁結構豎向一階頻率值為5.91 Hz，遠遠超出數(shù)值模擬計算值4.69 Hz，并且實際測得的振動波形和模擬波形完全相同，實際阻尼比為0.737，充分表明空心板梁力學性能良好[7-8]。（2）無障礙行車試驗：通過試驗檢測得到該簡支梁橋在各種車速狀態(tài)下的撓度值和沖擊系數(shù)，如表3所示。

從表3得出：各種車速條件下橋面板沖擊系數(shù)實測值處于1.02～1.05范圍內，現(xiàn)求得該簡支梁橋沖擊系數(shù)計算值為1.27，遠遠高于實測值，充分表明該橋梁結構表面較為平整。

4 承載能力檢算

該橋梁工程空心板梁跨中部位為關鍵斷面，承載力檢算所需的技術指標包含：（1）梁體混凝土強度等級C40。（2）預應力筋為6φj-15，抗拉強度Ryh=1 860.0 MPa。（3）Ⅰ級、Ⅱ級鋼分別代表HPB300和HRB400鋼筋。結合外觀質量及荷載試驗相關數(shù)據(jù)，對橋梁承載性能實施評價[9]。

按照現(xiàn)行《混凝土結構設計規(guī)范（2015版）》（GB 50010—2010）相關規(guī)定，并結合《公路橋涵設計通用規(guī)范85》中明確的汽-20與掛-l00原始荷載實施運算，求得空心板梁跨中斷面彎矩為1 581.0 kN·m，而考慮與不考慮強度折減及修正條件下，求得空心板梁跨中抗力分別為1 637.0 kN·m和1 884.0 kN·m，均高于空心板梁跨中彎矩，所以該橋梁空心板梁抗彎強度符合標準要求。

按照現(xiàn)行《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/T H21—2011）相關規(guī)定，對該簡支梁橋承載性能實施評價，結果顯示其承載性能完全符合標準要求，能夠保證汽-20、掛-100通行安全[10]。

5 結語

綜上所述，該文依托某現(xiàn)役簡支梁橋項目實例，通過外觀質量檢查、荷載試驗及承載力檢算，系統(tǒng)分析了靜、動載作用下現(xiàn)役橋梁力學特性，并對其承載能力實施評價。具體結論如下：

（1）通過外觀質量檢測可知，該橋梁結構整體外觀質量良好，綜合評定橋梁技術狀況為2類。

（2）靜載試驗檢測結果顯示，各種工況條件下空心板梁關鍵斷面實測應變、撓度均低于理論值，表明靜載作用下橋梁結構受力、變形完全符合標準要求。

（3）環(huán)境振動試驗顯示，動載作用下橋梁結構豎向一階頻率值為5.91 Hz，遠遠超出數(shù)值模擬計算值4.69 Hz，充分表明空心板梁力學性能良好；而無障礙行車試驗得到簡支梁橋在各種車速狀態(tài)下的沖擊系數(shù)介于1.02～1.05范圍內，低于規(guī)范計算值1.27，表明該橋梁結構表面較為平整。

（4）橋梁承載力評價時，無論是否考慮強度折減及修正條件，所得到的跨中斷面抗力均高于其彎矩值，充分表明橋梁結構承載性能完全滿足標準要求，能夠保證汽-20、掛-100通行安全。

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收稿日期：2024-05-18

作者簡介：閆振剛（1985—），男，本科，助理工程師，主要從事公路工程試驗檢測工作。