黃業(yè)川

(重慶市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司,重慶 400020)

隨著城市的快速發(fā)展,橋梁建設(shè)也在不斷增多。橋梁作為我們?nèi)粘Ｉ钪型ㄐ斜夭豢缮俚囊环N建筑物,橋梁的安全運(yùn)營(yíng)已成為我們?nèi)粘Ｍㄐ械陌踩Ｕ?。?duì)于早期建設(shè)、缺乏竣工和設(shè)計(jì)資料以及帶病工作的橋梁,橋梁結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)營(yíng)尤為重要?；诤奢d試驗(yàn)方法,對(duì)舊城市橋梁采用分荷載等級(jí)、分加載車數(shù)量的方式進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估分析。

1 靜力荷載試驗(yàn)加載方式

由于舊城市橋梁缺乏竣工和設(shè)計(jì)資料,為保證荷載試驗(yàn)期間加載安全,橋梁按以下荷載標(biāo)準(zhǔn)依次進(jìn)行試驗(yàn)：公路-Ⅱ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)80%→公路-Ⅱ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)100%→公路-Ⅰ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)100%,汽車荷載按規(guī)范規(guī)定計(jì)入沖擊系數(shù)。在每1 級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)作用下,現(xiàn)場(chǎng)每1 加載工況嚴(yán)格按照4～5 級(jí)分級(jí)方式進(jìn)行加載,從而全面掌控橋梁在試驗(yàn)過程中實(shí)際受力情況。例如：在公路-Ⅱ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)80%作用下,經(jīng)計(jì)算加載車需要3 輛,則現(xiàn)場(chǎng)每1 靜力加載工況可分為4 級(jí)進(jìn)行加載,即：第1 級(jí)加載(25%控制)、第2 級(jí)加載(50%控制)、第3 級(jí)加載(75%控制)、第4 級(jí)加載(100%控制),其余荷載等級(jí)加載分級(jí)以此類推。

2 工程實(shí)例

2.1 橋梁概況

該橋?yàn)橐蛔炷梁?jiǎn)支梁橋,空心板橋建于1999 年,分為左右兩幅,單幅四車道；右幅為預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁橋,全長(zhǎng)54.0m,共2 跨,每跨20.0m；左幅為混凝土簡(jiǎn)支T 梁橋(缺乏相關(guān)資料),經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),總長(zhǎng)39.0m,共2 跨,每跨19.5m。橋面全寬31.31m(1.76m人行道+12.80m車行道+2.5m中央分隔帶+14.00m車行道+0.25m防撞護(hù)欄)。

上部結(jié)構(gòu)左幅為混凝土簡(jiǎn)支T梁橋,右幅為預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁橋。左幅T梁橋由于修建時(shí)間較早,缺少竣工圖紙,其外觀尺寸根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),左幅由7 片T 梁組成,T 梁梁高1.3m,梁頂寬1.62m,底寬0.18m,腹板高1.15m,翼緣板厚0.1m。右幅由19 片空心板組成,板高0.9m,底寬1.0m,主梁材料均采用40 號(hào)混凝土,左右兩幅橋面通過鋼板和現(xiàn)澆橋面板橫向連接。下部結(jié)構(gòu)左幅單排共2個(gè)樁柱式橋墩,右幅單排共4 個(gè)樁柱式橋墩,橋臺(tái)為重力式U型橋臺(tái),基礎(chǔ)為擴(kuò)大基礎(chǔ)。

2.2 項(xiàng)目背景

XX年XX月,根據(jù)表觀檢測(cè)結(jié)果,依據(jù)《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ 99-2017)評(píng)定該橋整體技術(shù)狀況等級(jí)為C 級(jí),為合格狀態(tài)；橋面系的結(jié)構(gòu)狀況等級(jí)為E 級(jí),橋面鋪裝破損嚴(yán)重；上部結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)狀況等級(jí)C級(jí),T梁存在多條豎向裂縫,上部結(jié)構(gòu)加固鋼板錨固螺栓松動(dòng),下部結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)狀況等級(jí)為B級(jí)。根據(jù)《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ 99-2017)第3.0.5 條,橋面系結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況為E 級(jí),處于危險(xiǎn)狀態(tài),應(yīng)對(duì)橋梁檢測(cè)評(píng)估后進(jìn)行大修、加固或改擴(kuò)建；上部結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況為C 級(jí),處于合格狀態(tài),應(yīng)對(duì)橋梁進(jìn)行針對(duì)性小修或局部中修。

由于該橋日常交通量大,其橋梁安全對(duì)交通安全影響極大,為保障橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)安全,進(jìn)一步探明橋梁橋面鋪裝嚴(yán)重受損具體原因,需對(duì)該橋進(jìn)行橋梁荷載試驗(yàn),主要目的為：

2.2.1 通過橋梁荷載試驗(yàn),驗(yàn)證橋梁上部結(jié)構(gòu)承載能力是否滿足公路-Ⅰ荷載標(biāo)準(zhǔn),并分析橋梁上部結(jié)構(gòu)空心板、T梁橫向分布規(guī)律是否正常,橋梁是否存在單梁受力情況,進(jìn)一步分析橋面系嚴(yán)重破損的具體原因。

2.2.2 橋梁荷載試驗(yàn)期間,通過對(duì)橋梁原主要病害進(jìn)行觀測(cè),對(duì)比橋梁原主要病害變化程度,以及橋梁荷載試驗(yàn)期間是否有新增病害,進(jìn)一步分析病害對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)安全的影響。

2.2.3 通過橋梁荷載試驗(yàn),掌握橋梁的整體工作狀態(tài),對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)在運(yùn)營(yíng)過程中的安全性做出綜合評(píng)價(jià),并對(duì)存在隱患的部位進(jìn)行分析,提出針對(duì)性的建議。

2.2.4 為橋梁后續(xù)的養(yǎng)護(hù)、維修提供可靠的數(shù)據(jù)及依據(jù),保證橋梁結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期安全運(yùn)營(yíng)。

2.3 橋梁荷載試驗(yàn)

2.3.1 設(shè)計(jì)控制荷載

該橋分為左右兩幅(見圖1-2),左右兩幅橋橋面交接處通過鋼板和現(xiàn)澆橋面板橫向連接,該連接型式對(duì)左右兩幅橋梁受力傳遞的影響較小,因此本次荷載試驗(yàn)未考慮左右兩幅橋面橫向連接處的影響,對(duì)左右兩幅橋按照獨(dú)立的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行荷載試驗(yàn)計(jì)算。

圖1 右幅空心板橋模型

圖2 左幅T 梁橋模型

為保證本次橋梁荷載試驗(yàn)的加載安全,本橋設(shè)計(jì)控制內(nèi)力未考慮梁底加固鋼板的影響,左右幅橋梁按以下荷載標(biāo)準(zhǔn)依次進(jìn)行試驗(yàn)：公路-Ⅱ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)80%→公路-Ⅱ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)100%→公路-Ⅰ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)100%。汽車荷載按規(guī)范規(guī)定計(jì)入沖擊系數(shù),計(jì)算控制截面的內(nèi)力值(彎矩)并以此作為試驗(yàn)加載的依據(jù)。本次試驗(yàn)以左幅T梁橋?yàn)槔M(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.3.2 測(cè)試截面及測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)委托要求并結(jié)合試驗(yàn)橋梁的規(guī)模、受力特點(diǎn)確定測(cè)試截面位置。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,左幅T梁橋靜載試驗(yàn)測(cè)試截面位于第1 跨距0#橋臺(tái)伸縮縫中心線9.75m處,測(cè)試截面的應(yīng)力及撓度測(cè)點(diǎn)布置見圖3-4 所示。

圖3 ZJ1 截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置圖(單位：cm)

圖4 ZJ1 截面撓度測(cè)點(diǎn)布置圖(單位：cm)

2.3.3 試驗(yàn)荷載

以設(shè)計(jì)正常使用荷載作為加載控制,按測(cè)試截面內(nèi)力(彎矩)等效原則進(jìn)行布載,并使測(cè)試截面的試驗(yàn)荷載效率滿足檢測(cè)規(guī)程的要求。加載車輛規(guī)格以及數(shù)量根據(jù)結(jié)構(gòu)分析以及荷載等效計(jì)算結(jié)果確定。本次試驗(yàn)加載車輛用車量為5 臺(tái),車輛規(guī)格為三軸車,前后軸距3.8m～4.2m,后軸距車尾距離c<2.0m,橫向輪距1.8m,總重(含自重)40.0t,前軸重10.0t,中- 后軸重30.0t。正式試驗(yàn)前,對(duì)所有加載車輛均進(jìn)行過磅稱重。

2.3.4 靜力荷載效率及荷載布置

橋梁荷載試驗(yàn)期間,左右幅橋梁按以下荷載標(biāo)準(zhǔn)依次進(jìn)行試驗(yàn)：公路-Ⅱ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)80%→公路-Ⅱ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)100%→公路-Ⅰ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)100%。本次荷載試驗(yàn)共進(jìn)行12 個(gè)靜力試驗(yàn)加載工況。每1 加載工況嚴(yán)格按照4～5 級(jí)分級(jí)方式進(jìn)行加載。以下僅列出左幅T 梁橋在公路-Ⅱ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)80%作用下1 個(gè)靜力加載工況荷載試驗(yàn)效率,以及ZJ1 截面M+max截面正載加載工況分級(jí)加載荷載布置示意圖,其余荷載等級(jí)加載分級(jí)以此類推。

2.3.4.1 左幅T梁橋公路-Ⅱ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)80%加載(表1)

表1 靜力試驗(yàn)荷載效率

2.3.4.2 ZJ1 截面M+max截面正載加載荷載布置圖(圖5)

2.3.5 靜力荷載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

按預(yù)定的荷載試驗(yàn)方案,本次T梁橋靜力荷載試驗(yàn)共進(jìn)行了6個(gè)工況的靜力加載。以下僅列出左幅T梁橋在公路-Ⅱ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)80%作用下ZJ1 截面M+max截面正載加載實(shí)際檢測(cè)結(jié)果。

2.3.5.1 試驗(yàn)荷載作用下,撓度實(shí)測(cè)結(jié)果及與計(jì)算值的比較見表2。

圖5

表2 實(shí)測(cè)撓度及與計(jì)算值的比較

表3 測(cè)試截面T 梁實(shí)測(cè)應(yīng)力及與計(jì)算值比較

圖6

2.3.5.2 試驗(yàn)荷載作用下,根據(jù)實(shí)測(cè)應(yīng)變以及材料彈性模量理論值換算測(cè)點(diǎn)應(yīng)力,實(shí)測(cè)彈性應(yīng)力結(jié)果與計(jì)算值的比較見表3。

2.3.5.3 左幅T梁橋ZJ1 截面M+max正載加載實(shí)測(cè)撓度值與計(jì)算值比較分析、實(shí)測(cè)彈性應(yīng)力與計(jì)算值比較分析如圖6 所示。

2.3.6 靜力荷載試驗(yàn)結(jié)論

試驗(yàn)橋跨結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了由公路-Ⅱ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)80%→公路-Ⅱ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)100%→公路-Ⅰ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)100%的靜力試驗(yàn)加載,試驗(yàn)過程中未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。

2.3.6.1 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。在最不利靜力試驗(yàn)荷載(公路-Ⅰ級(jí)工況)作用下：(1)左幅T梁橋試驗(yàn)橋跨應(yīng)力測(cè)試截面T 梁梁底的實(shí)測(cè)應(yīng)力處于正常范圍,荷載卸除后,控制測(cè)點(diǎn)的最大實(shí)測(cè)相對(duì)殘余較小,橋跨結(jié)構(gòu)變形恢復(fù)總體良好。(2)右幅空心板橋試驗(yàn)橋跨應(yīng)力測(cè)試截面空心板板底的實(shí)測(cè)應(yīng)力處于正常范圍,荷載卸除后,控制測(cè)點(diǎn)的最大實(shí)測(cè)相對(duì)殘余較小,橋跨結(jié)構(gòu)變形恢復(fù)總體良好。左右幅試驗(yàn)橋跨結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足使用要求。

2.3.6.2 結(jié)構(gòu)剛度。在最不利靜力試驗(yàn)荷載(公路-Ⅰ級(jí)工況)作用下：(1)左幅T梁橋試驗(yàn)橋跨控制截面的實(shí)測(cè)撓度小于計(jì)算值,荷載卸除后,控制測(cè)點(diǎn)的最大實(shí)測(cè)相對(duì)殘余較小,橋跨結(jié)構(gòu)整體變形恢復(fù)總體較好。(2)右幅空心板橋試驗(yàn)橋跨控制截面的實(shí)測(cè)撓度小于計(jì)算值,荷載卸除后,控制測(cè)點(diǎn)的最大實(shí)測(cè)相對(duì)殘余較小,橋跨結(jié)構(gòu)整體變形恢復(fù)總體較好。左右幅試驗(yàn)橋跨結(jié)構(gòu)剛度滿足使用要求。

由于該橋設(shè)計(jì)控制內(nèi)力未考慮梁底加固鋼板影響,使得實(shí)際撓度及應(yīng)力設(shè)計(jì)控制值偏大,致使實(shí)測(cè)撓度及應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)偏小。同時(shí)通過撓度檢測(cè)及應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果可知上部結(jié)構(gòu)空心板梁及T 梁橫向分布規(guī)律正常。

2.4 試驗(yàn)橋跨主梁外觀病害觀測(cè)結(jié)果

該橋左右幅試驗(yàn)橋跨在試驗(yàn)荷載(試驗(yàn)順序：公路-Ⅱ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)80%→公路-Ⅱ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)100%→公路-Ⅰ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)100%)作用下測(cè)試截面附近區(qū)域未發(fā)現(xiàn)可見橫向裂縫,未發(fā)現(xiàn)新增病害,且試驗(yàn)橋跨上部結(jié)構(gòu)原有病害未發(fā)展。

2.5 病害成因分析

針對(duì)該橋橋面系受損嚴(yán)重,分析其原因主要為：

2.5.1 橋梁運(yùn)營(yíng)期間交通量大且夜間長(zhǎng)期有重車通行,導(dǎo)致橋面系受損嚴(yán)重。

2.5.2 該橋近幾年橋面系雖進(jìn)行過維修處治,但其處治方式主要為局部修補(bǔ),由于該橋交通壓力大導(dǎo)致橋面系局部修補(bǔ)后未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)周期便開放交通,致使橋面系長(zhǎng)期受損嚴(yán)重。

3 結(jié)論

對(duì)缺乏竣工和設(shè)計(jì)資料的舊城市橋梁,橋梁結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)營(yíng)尤為重要?；陟o力荷載試驗(yàn)方法,采用分荷載等級(jí)的方式對(duì)橋梁進(jìn)行加載：公路-Ⅱ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)80%→公路-Ⅱ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)100%→公路-Ⅰ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)100%,從而全面掌控橋梁在試驗(yàn)過程中實(shí)際受力情況,以及保證橋梁在整個(gè)試驗(yàn)過程中的加載安全。通過此方法對(duì)舊城市橋梁檢測(cè)評(píng)估分析,為業(yè)界對(duì)舊城市橋梁檢測(cè)評(píng)估分析提供一定的參考意義。