空心板橋火災(zāi)后結(jié)構(gòu)承載能力試驗(yàn)與安全性評估

張 亮

（上海市浦東新區(qū)公路管理署，上海市 210000）

0 前言

2011年10月23日12:50左右，上海市某空心板跨線橋發(fā)生火災(zāi)，火災(zāi)持續(xù)時(shí)間約40 min。火災(zāi)造成部分橋跨受損非常嚴(yán)重。為了解橋梁的實(shí)際結(jié)構(gòu)受力狀況，判斷其實(shí)際承載能力，對其進(jìn)行了詳細(xì)的承載能力試驗(yàn)與安全性評估，為跨線橋上部結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)提供技術(shù)依據(jù)。橋梁火災(zāi)后的承載能力試驗(yàn)與安全性評估主要包含兩個(gè)方面的內(nèi)容：（1）靜載試驗(yàn)；（2）橋梁結(jié)構(gòu)安全性評估。

1 工程背景

某跨線橋主線分上、下行兩幅設(shè)置，單幅橋?qū)?5～19 m，上部結(jié)構(gòu)采用先張法預(yù)應(yīng)力空心板梁，梁高為0.9 m，梁寬0.99 m。下部結(jié)構(gòu)采用柱樁式橋墩，蓋梁為鋼筋混凝土矩形蓋梁，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁?？缇€橋的設(shè)計(jì)荷載為：汽車-超20級、掛車-120。火災(zāi)源位于跨線橋第KZ24、KZ25孔（墩號PZ24～PZ26）正下方的倉庫。受火災(zāi)影響的橋跨結(jié)構(gòu)的立面圖見圖1所示。經(jīng)初步判斷，各空心板梁混凝土表面火災(zāi)溫度500～700℃，部分墩柱、蓋梁表面火災(zāi)溫度大于800℃[1-2]。

圖1 火災(zāi)橋跨KZ22～KZ26立面圖（單位：cm）

2 靜載試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)荷載

根據(jù)靜力荷載效率要求及主要控制斷面的設(shè)計(jì)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果，再考慮加載車輛的特性，選用了6輛單車滿載總重約32 t的四軸載重車作加載車輛。實(shí)際試驗(yàn)車輛的前后軸輪距為600 cm，前軸—中前軸輪距為175 cm，兩中軸輪距為290 cm，中后軸—后軸輪距為135 cm左右。

2.2 測試區(qū)域、測試內(nèi)容

根據(jù)跨線橋的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)和火災(zāi)后的受損狀況，選取KZ24孔右幅橋跨最不利的控制斷面作為靜載試驗(yàn)的測試位置，具體位置如圖2所示。

圖2 KZ24孔右幅測試斷面示意圖（單位：cm）

測試內(nèi)容主要包括：（1）跨中斷面S1在相應(yīng)最不利荷載作用下混凝土應(yīng)力；（2）四分點(diǎn)斷面S2在相應(yīng)最不利荷載作用下混凝土應(yīng)力；（3）S1、S2斷面在相應(yīng)測試工況最不利荷載作用下主梁撓度；（4）主梁在相應(yīng)測試工況最不利荷載作用下的支座變形。

2.3 測點(diǎn)布置

靜載試驗(yàn)中，S1、S2斷面混凝土應(yīng)力、撓度及支座位移測點(diǎn)、編號見圖3～圖6所示。

圖3 S1、S2斷面應(yīng)變測點(diǎn)布置圖

圖4 S1斷面撓度測點(diǎn)布置圖

圖5 S1斷面撓度測點(diǎn)布置圖

圖6 PZ24#、PZ25#支座變形測點(diǎn)布置圖

2.4 加載工況與效率

靜載試驗(yàn)現(xiàn)場加載情況參見圖7所示，各工況具體加載位置見圖8所示。各試驗(yàn)工況的荷載效率系數(shù)介于0.85～1.05之間。

圖7 靜載試驗(yàn)現(xiàn)場加載實(shí)景

圖8 S1、S2斷面對稱加載車輛布置示意圖（單位：cm）

3 結(jié)果分析與討論

在現(xiàn)場試驗(yàn)中，應(yīng)變片粘帖在已打磨較密實(shí)的底板混凝土表面，為了確定密實(shí)混凝土（底板平均打磨深度1～2 cm）的彈性模量大小，試驗(yàn)對密實(shí)混凝土進(jìn)行了回彈值測定。回彈法測定空心板密實(shí)混凝土的推定強(qiáng)度為55.4 MPa，混凝土強(qiáng)度離散性小，且均大于設(shè)計(jì)值（C50）。根據(jù)混凝土回彈測試結(jié)果，取密實(shí)混凝土彈性模量為3.45×104MPa。對靜載試驗(yàn)中測量得到的應(yīng)變和變形原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到各測試部位在相應(yīng)試驗(yàn)荷載下的實(shí)測應(yīng)力和變形。靜載試驗(yàn)混凝土應(yīng)力實(shí)測結(jié)果及與理論值的比較見圖9～圖11所示。

圖9 加載控制斷面對稱加載混凝土應(yīng)力曲線圖（單位：MPa）

圖10 加載控制斷面偏載混凝土應(yīng)力曲線圖（單位：MPa）

圖11 S1斷面撓度實(shí)測值與理論值比較曲線圖（單位：mm）

火災(zāi)后靜載試驗(yàn)測試結(jié)果表明：（1）在對稱加載及偏載工況下，除4#板梁外，跨中斷面其余板梁的應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)均小于1，滿載時(shí)，主要測點(diǎn)的應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)在0.33～0.80之間。（2）在對稱加載工況下，跨中斷面4#板梁在加載過程中應(yīng)力始終偏大，滿載時(shí)應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)為1.05。（3）在對稱加載及偏載工況下，除4#、5#、11#板梁外，近PZ25墩1/4斷面（S2）其余板梁的應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)均小于1，滿載時(shí)，主要測點(diǎn)的應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)在0.20～0.85之間。（4）在對稱加載工況下，1/4斷面4#、5#板梁在加載過程中應(yīng)力始終偏大，滿載時(shí)應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)在1.03～1.34之間；偏載工況下，1/4斷面11#板梁在加載過程中應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)始終大于1，滿載時(shí)為1.12。（5）在各測試工況下，跨中及1/4斷面所有測點(diǎn)的撓度校驗(yàn)系數(shù)均小于1，滿載時(shí)各斷面測點(diǎn)的撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.28～0.63之間。（6）在各測試工況下，各板梁撓度實(shí)測橫向分布與理論計(jì)算相吻合。（7）各控制荷載卸載后的結(jié)構(gòu)相對殘余應(yīng)變和相對殘余撓度均遠(yuǎn)小于20%，表明試驗(yàn)過程中橋梁一直處于彈性工作階段。

4 橋梁結(jié)構(gòu)安全性評估

根據(jù)火災(zāi)后橋跨結(jié)構(gòu)各部件的技術(shù)狀況檢測與承載能力試驗(yàn)結(jié)果，對火災(zāi)孔(KZ24～KZ25)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全性評估。結(jié)果表明：（1）靜力試驗(yàn)荷載下，各板梁撓度實(shí)測橫向分布與理論計(jì)算相吻合，且實(shí)測值均小于理論計(jì)算值。表明火災(zāi)后該橋跨結(jié)構(gòu)仍具有承受預(yù)定設(shè)計(jì)荷載的剛度。（2）靜力試驗(yàn)荷載下，除4#、5#、11#板梁外，其余空心板控制斷面的實(shí)測應(yīng)力增量小于相應(yīng)的理論計(jì)算值，其實(shí)際強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)荷載要求。（3）靜力試驗(yàn)荷載下，4#、5#、11#空心板控制斷面的實(shí)測應(yīng)力增量大于相應(yīng)的理論計(jì)算值。根據(jù)現(xiàn)行《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）第8.3.1條[3]，可判定4#、5#、11#空心板不具備承受預(yù)定設(shè)計(jì)荷載的強(qiáng)度。

總的來說，試驗(yàn)橋跨1#～3#、6#～10#、12#～15#空心板梁的靜力性能滿足規(guī)范要求，具有承受預(yù)定設(shè)計(jì)荷載的強(qiáng)度和剛度；4#、5#、11#空心板梁的實(shí)際承載能力不滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)論

火災(zāi)后，KZ24、KZ25孔結(jié)構(gòu)已產(chǎn)生損傷，橋梁結(jié)構(gòu)部分空心板梁的實(shí)際承載能力降低。試驗(yàn)橋跨1#～3#、6#～10#、12#～15#空心板梁的靜力性能滿足規(guī)范要求，具有承受預(yù)定設(shè)計(jì)荷載的強(qiáng)度和剛度；4#、5#、11#空心板梁的實(shí)際承載能力不滿足規(guī)范要求。

[1]黃偉利，徐志勝.回彈儀檢測高溫后普通混凝土抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)研究[J]，四川建筑科學(xué)研究，2005，31（5）：56-59.

[2]李毅，項(xiàng)貽強(qiáng)，王建江.火災(zāi)后橋梁結(jié)構(gòu)的損傷檢測及安全性評估[J].中國市政工程，2006，123（5）：26-27.

[3]JTG/TJ21-2011，公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程[S].