劉伯奇

(中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

近幾十年來，我國道路交通事業(yè)蓬勃發(fā)展。而隨著時間的推移，橋梁在服役期間，在自然環(huán)境和荷載的共同作用下，橋梁會產(chǎn)生病害、損壞，嚴重時會影響到正常使用甚至發(fā)生安全事故。為了保證橋梁結(jié)構(gòu)的正常運營，需要對橋梁進行一定的維修、加固及改造。在對橋梁進行維修、加固或改造之前往往需要對病害橋梁進行綜合評定。

裝配式空心板橋由于其預(yù)制、安裝、施工工藝簡單、工程造價較低，同時板橋具有建筑高度小等優(yōu)點，所以在中小跨徑橋梁中得到廣泛應(yīng)用。但從已建成橋梁的運營狀況來看，也存在一些較為典型的病害。通過對廣東省內(nèi)多條高速公路以及深圳市內(nèi)部分市政裝配式混凝土空心板梁工作狀況進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)引起裝配式板橋結(jié)構(gòu)承載能力不足的原因:一是由于主梁自身的強度不足導致結(jié)構(gòu)整體承載能力不足;二是由于橫向聯(lián)系(鉸縫)偏弱，或鉸縫受損甚至破壞，造成結(jié)構(gòu)各主梁協(xié)同受力能力下降，從而導致結(jié)構(gòu)承載能力下降。

目前，我國大部分于20世紀70—90年代建造的橋梁仍在使用中，而當時橋梁設(shè)計荷載水平較低，該荷載水平已不能適應(yīng)日益增長車流量的需要，使得舊橋加固維修工作的重要性也日益突顯。在維修加固前，一般對結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)進行評估，為橋梁的加固和改造提供數(shù)據(jù)支持。筆者在板梁結(jié)構(gòu)的評估工作中發(fā)現(xiàn)，僅通過常規(guī)的靜動力荷載試驗有時很難發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)存在的一些問題。但如果輔助以橫向分布測試，則可以使評估結(jié)果更加準確。本文以一座實橋的試驗評估介紹這一方法。

1 工程概況

深圳市某公路上有一座跨徑為10 m的裝配式混凝土空心板梁橋。該橋分左幅和右幅，上部結(jié)構(gòu)單幅橋橫向布置9片鋼筋混凝土板梁，梁高45 cm、寬1.2 m，梁間采用35 cm的長鉸縫連接，現(xiàn)澆層鋪裝層設(shè)計厚度為10 cm，見圖1。該橋計算跨徑為9.6 m，橋面凈寬10.5 m?？招陌辶杭般q縫采用C40混凝土，橋面鋪裝采用C30混凝土，普通鋼筋采用Ⅰ級。相關(guān)部門擬對該橋所處路段進行拓寬改造，本橋原設(shè)計荷載等級為汽超-20，掛-120，改造后為公路-Ⅰ級。

圖1 空心板梁橫向布置(單位:cm)

2 試驗評定

選取病害較為嚴重的左幅橋進行橫向分布系數(shù)測試、常規(guī)靜載試驗測試以及動載測試。

2.1 橫向分布系數(shù)測試

橫向分布測試在1#～9#梁跨中部位各布置一個撓度測點，采用一輛加載車進行測試，測點布置及加載輪位如圖2所示。

圖2 橫向分布測試測點布置及加載輪位

由各測點的實測位移值推算得到各片梁的實測荷載橫向分布，及按鉸接板法計算的相應(yīng)荷載橫向分布理論值，如圖3。從圖3可以看出，實測影響線數(shù)值與理論值存在一定的差異，實測影響線峰值均大幅超過了理論計算值，影響線在6#梁與7#梁位置出現(xiàn)突變，說明各梁間聯(lián)系相對理論計算值偏弱，6#梁與7#梁間鉸縫可能已經(jīng)破壞。

圖3 橫向分布影響線實測值與理論值對比

2.2 常規(guī)靜載試驗

2.2.1 測點布置

該橋為簡支結(jié)構(gòu)，測試截面選取跨中截面(A截面)進行。在7#～9#板測試截面底板處分別布置應(yīng)力測點和撓度測點。應(yīng)力測點處布置振弦式應(yīng)變計，撓度測點處布置百分表，測點布置見圖4。

2.2.2 加載值的確定及加載方法

采用分級加載的方式。由于該橋原設(shè)計荷載為汽超-20，掛-120，改造后為公路-Ⅰ級，在加載時分別考慮兩種荷載等級，在加載值達到原設(shè)計荷載等級后分兩級加載至改造后荷載等級，并在加載過程中注意各測試參數(shù)的變化以保證試驗安全。通過荷載等效的方式加載，利用Midas Civil建立結(jié)構(gòu)有限元模型計算得到本橋靜載試驗采用4輛約40 t的重車進行加載，加載示意見圖5。

2.2.3 測試結(jié)果

圖4 測點布置示意(單位:cm)

在最大級試驗荷載作用下，實測7#～9#梁A截面下緣混凝土平均拉應(yīng)變分別為 307×10－6，303×10－6，201 ×10－6，理論計算值分別為657 ×10－6，642 ×10－6，598 × 10－6，應(yīng)變(或應(yīng)力)校驗系數(shù)分別為0.467，0.472，0.336，滿足《評定規(guī)程》中鋼筋混凝土板橋0.3～0.7的要求。如果按照全截面受力計算應(yīng)變值分別為243 ×10－6，221 ×10－6，214 ×10－6，可以看出板梁目前已出現(xiàn)開裂但較接近全截面受力狀態(tài)。另外，從實測數(shù)據(jù)來看，各測點卸載工況下殘余數(shù)值較小，卸載后應(yīng)變相對殘余均不大于20%，表明截面處于彈性工作狀態(tài)。

圖5 跨中截面加載示意(單位:m)

2.3 動載試驗

2.3.1 測點布置

在跨中部位1#梁與9#梁對應(yīng)橋面處分別布置縱向及豎向拾振器，測點布置見圖6。

圖6 動載試驗測點布置

2.3.2 測試內(nèi)容

測試內(nèi)容主要包括脈動試驗、跑車試驗、跳車試驗及制動試驗。其中跑車試驗及跳車試驗分別在靠近S1測點及靠近S2測點附近車道各進行兩次，對兩次測試結(jié)果進行對比分析。

2.3.3 測試結(jié)果

①實測自振頻率為13.38 Hz，理論計算值為7.78 Hz，實測值大于理論計算值。②行車試驗結(jié)果表明，在行車狀況下跨中豎向測點S1，S2的最大振動響應(yīng)單峰值分別為1.402 3 mm，0.188 0 mm，S1測點所測得值均遠大于S2測點，說明結(jié)構(gòu)個別鉸縫連接較弱，與靜載試驗所得的結(jié)論一致。結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)隨車速的增大而增大。③在跳車工況下跨中S1，S2測點最大豎向振幅分別為4.801 7 mm，0.722 4 mm(單峰值)，測試結(jié)果較行車明顯增大。S1測點所測得值遠大于S2測點，說明結(jié)構(gòu)個別鉸縫連接較弱，與靜載試驗所得的結(jié)論一致。④制動工況下，跨中Z1，Z2測點縱向振動幅值(單峰值)分別為0.033 4 mm，0.050 6(跨中制動)，數(shù)值均較小。

2.4 試驗小結(jié)

通過對該橋的橫向分布系數(shù)測試、常規(guī)靜載試驗以及動載試驗主要可以得到以下結(jié)論:①從橫向分布測試結(jié)果來看，6#與7#梁間鉸縫已經(jīng)失效;②結(jié)構(gòu)主控截面的承載能力試驗表明，試驗的各項指標均滿足設(shè)計要求和試驗規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)承載能力、結(jié)構(gòu)剛度滿足要求;③在行車及跳車工況下S1測點所測得值均遠大于S2測點，說明結(jié)構(gòu)個別鉸縫連接較弱，與橫向分布系數(shù)測試所得的結(jié)論一致。

3 結(jié)語

單從常規(guī)靜載試驗結(jié)果來看結(jié)構(gòu)基本上能滿足結(jié)構(gòu)改造后設(shè)計荷載等級的要求，但是結(jié)合橫向分布系數(shù)測試以及動載試驗的結(jié)果可知結(jié)構(gòu)的個別鉸縫已經(jīng)失效。這樣形成單板受力對主梁的受力是不利的。利用本文的方法可以對裝配式空心板梁進行更為全面的評定，可以為后期的維修、加固及改造工作提供有效的數(shù)據(jù)。

［1］張勁泉，王文濤.橋梁檢測與加固手冊［M］.北京:人民交通出版社，2007.

［2］姚玲森.橋梁工程［M］.2 版.北京:人民交通出版社，2008.

［3］中華人民共和國交通運輸部.JTG/T J21—2011 公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程［S］.北京:人民交通出版社，2011.

［4］徐光輝，胡明義.梁橋［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［5］賀栓海，謝仁物.公路橋梁荷載橫向分布計算［M］.2版.北京:人民交通出版社，1996.