李功文 白捷

摘要：通過對無設(shè)計資料裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁進行外觀檢查，荷載試驗及結(jié)構(gòu)檢算，對橋梁進行綜合評定，為橋梁的安全運營提供了保障，解決了無資料預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)承載力鑒定問題，創(chuàng)造了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：無資料預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁；外觀檢查；荷載試驗；結(jié)構(gòu)檢算；承載能力鑒定

中圖分類號：U441 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）07-0121-04

1 概述

青海省玉樹結(jié)古路跨河橋位于結(jié)古鎮(zhèn)城區(qū)次干道結(jié)古路上，橫跨扎西科河。據(jù)調(diào)查，該橋建成于2005年，為3×20m的后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板斜橋，斜交角度30°。橋面鋪裝為9.5cm混凝土鋪裝。主梁由高0.9m預(yù)制空心板和厚0.1m鋼筋混凝土現(xiàn)澆橋面板組成。邊板底面寬度1.24m，懸臂長0.26m；中板寬度1.24m。橋梁下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩臺，板式橡膠支座。上下游簡支板橋頭各設(shè)有兩道伸縮縫。橋面橫向布置為：1.69m（人行道）+9.0m（車行道）+1.69m（人行道）。

該橋經(jīng)過地震后，需要評估其承載能力，雖通過多方調(diào)查，仍無法找到該橋設(shè)計資料，造成橋梁設(shè)計荷載及結(jié)構(gòu)部分尺寸不詳。為了明確橋梁的荷載等級，有必要對該橋進行了承載力鑒定。

2 專項檢測內(nèi)容

2.1 橋梁現(xiàn)狀檢查內(nèi)容

根據(jù)結(jié)構(gòu)檢算的要求，現(xiàn)狀檢查包含以下三部分項目：（1）上下部結(jié)構(gòu)尺寸測量，如梁高，跨徑等；（2）主梁鋼筋分布情況掃描；（3）主梁混凝土強度測試。

2.2 靜荷載試驗內(nèi)容

在結(jié)構(gòu)調(diào)查基礎(chǔ)上，根據(jù)實測橋梁上下部結(jié)構(gòu)尺寸、跨徑、混凝土強度、內(nèi)部縱向和環(huán)向鋼筋布置，并結(jié)合類似結(jié)構(gòu)的細(xì)部構(gòu)造和預(yù)應(yīng)力鋼絞線的配置情況，結(jié)合同時代橋梁上部構(gòu)造通用圖，初步判斷該橋荷載等級后，通過荷載試驗進一步明確現(xiàn)狀下橋梁承載能力，荷載試驗主要包含以下內(nèi)容：（1）測試橋梁控制截面在試驗荷載作用下各測點的應(yīng)變，通過實測值與理論計算值的對比，評價結(jié)構(gòu)的整體強度；（2）測試橋梁控制截面在試驗荷載作用下各測點的撓度，通過實測值與理論計算值的對比，評價結(jié)構(gòu)的整體剛度；（3）測試受檢橋跨控制截面的裂縫變化情況。

2.3 結(jié)構(gòu)檢算內(nèi)容

根據(jù)現(xiàn)狀檢查結(jié)果及靜荷載試驗內(nèi)容，對空心板進行極限承載能力和使用階段應(yīng)力檢算，判斷橋梁在現(xiàn)狀下的承載能力。

3 檢測結(jié)論

3.1 橋梁現(xiàn)狀檢查結(jié)論

經(jīng)過檢查該橋存在以下主要病害：（1）空心板共6條縱向斷續(xù)裂縫，最大裂縫寬度為0.20mm；1處網(wǎng)狀裂縫，寬度為0.16mm；（2）由于地震影響，導(dǎo)致4處墩臺擋塊及蓋梁和臺帽相應(yīng)部位被擠裂，分別為機場岸橋臺擋塊、機場岸1號墩上下游側(cè)蓋梁擋塊和2號墩下游側(cè)蓋梁擋塊；（3）臺帽、橋墩蓋梁均存在10條豎向裂縫，a最大縫寬0.5mm。

3.2 梁體鋼筋分布情況檢查

為了明確梁體配筋情況，采用用日本的NJJ-95B手持式雷達(dá)系統(tǒng)進行鋼筋分布檢測，檢查結(jié)論如下：

（1）沿空心板底板橫向掃描。

圖1 空心板底板縱向鋼筋掃描圖

沿著掃描方向，可見每塊空心板中間部分縱向鋼筋較少，兩側(cè)鋼筋區(qū)域集中，屬于預(yù)應(yīng)力管道的掃描影響，對比以往雷達(dá)掃描圖，根據(jù)經(jīng)驗判斷，該截面屬于中間為矩形的后張法全預(yù)應(yīng)力或A類預(yù)應(yīng)力預(yù)制空

心板。

（2）沿空心板底板縱向掃描。沿空心板腹板縱向掃描，可見在空心板端部范圍內(nèi)箍筋間距為10cm。箍筋直徑通過敲擊空心板邊緣，待箍筋出露后用游標(biāo)卡尺量測確定為Ф10。

圖2 空心板端部側(cè)面環(huán)向鋼筋鋼筋掃描圖

3.3 混凝土強度及碳化深度檢測

根據(jù)《回彈法檢測混凝土強度規(guī)程》。最終推定混凝土強度為50.8Mpa。

表1 混凝土強度測試結(jié)果

構(gòu)件名稱 平均值

（MPa） 標(biāo)準(zhǔn)差 碳化深度（mm） 強度推定值（MPa）

空心板底面 超出規(guī)程查表范圍 / 1.0 50.8

4 隱蔽結(jié)構(gòu)尺寸推斷

空心板底板厚度及邊板外腹板厚度等可通過雷達(dá)掃描確定，但中間空心板內(nèi)部尺寸如腹板厚度、頂板厚度以及邊板的頂板等無法測量，因此，根據(jù)已有空心板結(jié)構(gòu)尺寸和鋼筋分布探測結(jié)果、下部結(jié)構(gòu)尺寸以往部頒標(biāo)準(zhǔn)圖推斷出橋梁跨中斷面圖如圖3所示，其中橋面系尺寸為實測數(shù)據(jù)。

圖3 空心板跨中斷面圖

5 結(jié)構(gòu)檢算

根據(jù)橋梁建成年限及梁高，墩柱尺寸以及橋?qū)挼纫蛩嘏袛?，該橋設(shè)計荷載應(yīng)該為：汽車-20級，掛車-100或汽車超-20級，掛車-120。因本橋無設(shè)計及竣工資料，橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸及預(yù)應(yīng)力鋼筋配置不詳，但該橋在玉樹災(zāi)后重建過程中作為交通要道，通行荷載較大，并考慮到安全和規(guī)范已經(jīng)更新等因素，因此按照公路-II級荷載進行結(jié)構(gòu)檢算。

空心板外部結(jié)構(gòu)尺寸、跨徑、普通鋼筋數(shù)量按實測值取用。空心板混凝土強度等級按C50取用。空心板內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸和預(yù)應(yīng)力鋼筋配置參照20.0m跨徑的空心板標(biāo)準(zhǔn)圖取用，考慮到本橋為通車已達(dá)6年的舊橋，且現(xiàn)狀檢查中未發(fā)現(xiàn)空心板出現(xiàn)橫向裂縫，因此不做抗裂驗算。

5.1 結(jié)構(gòu)模型

該橋為斜交30?的裝配式后張法預(yù)應(yīng)力空心板橋，采用MidasCivil有限元計算程序用梁格法進行計算?？招陌褰孛娓叨?.0m（按計入橋面板厚度取值）。橫梁間距0.7829m，橫梁截面高度1.0m，采用二字形截面模擬，空心板間橫梁為鉸接?？招陌邃撌渲脼椋哼叞寮爸邪迮渲霉?根5Ф15.2低松弛鋼絞線；梁端部箍筋配置配置Ф10@10，每截面箍筋肢數(shù)為4肢，每截面箍筋肢數(shù)為2肢。成橋階段結(jié)構(gòu)模型見圖4。

為了盡可能準(zhǔn)確的模擬各板在車輛荷載最不利狀態(tài)，本模型中定義四個車道兩個偏人行道側(cè)的車道（組成偏載工況1）；兩個正載車道（組成正載工況）。

本模型分為三個施工階段：施工階段一：預(yù)制主梁，持續(xù)時間28天，該階段最后張拉預(yù)應(yīng)力筋；作用的荷載有自重。施工階段二：架梁后施工鉸縫及橋面系，持續(xù)時間10天，最后加載二期恒載。施工階段三，持續(xù)時間3650天，用于計算混凝土的收縮徐變。結(jié)構(gòu)荷載包括恒載：包括空心板自重，二期恒載?；钶d：公路-II級，人群：3.5kN/m2。梯度溫度：按10cm厚鋪裝層取值。結(jié)構(gòu)設(shè)計安全等級：二級。荷載組合由MidasCivil軟件自動生成。

圖4 成橋階段模型

5.2 持久狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)計算

計算結(jié)果表明，在現(xiàn)狀下邊板跨中截面極限承載能力滿足規(guī)范要求，圖5-圖6列出邊梁正截面抗彎承載能力驗算結(jié)果，其余梁片結(jié)果限于篇幅未列出。

圖5 1#梁抗彎承載能力極限狀態(tài)檢算結(jié)果（單位：kN.m）

圖6 1#梁抗剪承載能力極限狀態(tài)檢算結(jié)果（單位：kN.m）

5.3 檢算結(jié)論

簡支空心板橋正截面抗彎承載能力及斜截面抗剪承載能力均能滿足通行公路-II級，人群：3.5kN/m2荷載的要求。

6 靜載試驗

6.1 試驗截面及測點

根據(jù)本橋的結(jié)構(gòu)特點，選取邊跨跨中正彎矩控制截面進行靜載試驗，應(yīng)變及撓度測點布置如圖7所示。其中撓度測點采用精密水準(zhǔn)儀及牽引式撓度進行觀測讀數(shù)；應(yīng)變測點通過在測試截面各片空心板梁的下緣粘貼長標(biāo)距應(yīng)變片，進行荷載作用下的應(yīng)變測量。

圖7 跨中截面應(yīng)變及撓度測點布置示意圖

說明：“”標(biāo)記為鋼筋應(yīng)變測點；“”標(biāo)記為撓度觀測點。

6.2 靜載試驗工況及加載效率

按《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》（試行）規(guī)定，試驗荷載效率滿足：0.80<η≤1.05的要求，以此確定最大用車數(shù)和車輛加載的縱向位置。

考慮到本次試驗為承載能力鑒定試驗，因此加載效率取高限。經(jīng)計算分析，完成全部試驗工況，共需4輛330kN級載重汽車。

表2 測試截面控制內(nèi)力及加載效率

測試截面 用車數(shù)（臺） 控制值kN.m 試驗值kN.m 荷載

效率

跨中截面 4 3482 3631 1.04

7 靜載試驗結(jié)果

7.1 應(yīng)變測試結(jié)果

各控制截面應(yīng)變測試結(jié)果列于表3～4中。

表3 正載應(yīng)變結(jié)果（應(yīng)變單位為：με）

截面 測點

編號 彈性應(yīng)變Se 理論計算值Ss 校驗系數(shù)（Se/Ss）

跨中正彎截面k1 J1 59 62 0.94

J2 53 68 0.79

J3 69 82 0.85

J4 50 88 0.57

J5 60 91 0.66

J6 41 86 0.48

J7 41 80 0.52

J8 43 66 0.66

J9 37 60 0.61

7.2 撓度觀測結(jié)果

在最大試驗荷載作用下，各控制截面撓度觀測結(jié)果列于表5中。

7.3 靜載試驗的結(jié)果評定

根據(jù)應(yīng)變及撓度測試結(jié)果，測點實測應(yīng)變值小于其對應(yīng)的理論計算值，應(yīng)變校驗系數(shù)范圍為0.48～0.94，卸載后相對殘余應(yīng)變均小于20%，測點實測撓度小于對應(yīng)理論計算值，撓度校驗系數(shù)范圍為0.42～0.96，卸載后相對殘余變形均小于20%，表明橋梁的強度滿足要求且結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)，橋梁剛度滿足要求。試驗加載過程中，梁體原有裂縫未見擴展?；炷辆闯霈F(xiàn)新裂縫。

表4 偏載應(yīng)變結(jié)果（應(yīng)變單位為：με）

截面 測點

編號 彈性應(yīng)變Se 理論計算值Ss 校驗系數(shù)（Se/Ss）

跨中正彎截面k1 J1 74 97 0.76

J2 60 96 0.62

J3 73 98 0.74

J4 51 95 0.53

J5 54 84 0.64

J6 35 55 0.62

J7 34 43 0.80

J8 28 38 0.73

J9 74 97 0.76

表5 截面撓度結(jié)果

工況 測點位置 彈性變位

fe（mm） 計算值

fs（mm） 校驗系數(shù)

η（fe/fs）

正載 Jf1 3.1 4.2 0.74

Jf2 3.4 6.6 0.51

Jf3 3.2 7.0 0.46

Jf4 3.1 7.4 0.42

Jf5 3.8 4.1 0.93

偏載 Jf1 4.0 6.7 0.60

Jf2 3.5 7.8 0.45

Jf3 3.4 7.7 0.44

Jf4 3.3 6.7 0.49

Jf5 2.8 2.9 0.96

8 綜合評估

綜合上述各項檢查結(jié)論，結(jié)古路跨河橋能夠滿足公路-II級荷載作用下的正常使用要求，可繼續(xù)使用。

9 結(jié)語

（1）結(jié)古路跨河橋經(jīng)過評估后繼續(xù)使用，在玉樹災(zāi)后重建中發(fā)揮了重要作用。

（2）對無資料的橋梁做承載能力鑒定的一般程序為：先通過已知條件如建成年限、梁高、墩柱尺寸、橋?qū)挼?，再借助專項檢查手段如雷達(dá)掃描鋼筋數(shù)量、間距甚至結(jié)構(gòu)尺寸，回彈法檢測混凝土強度等，結(jié)合橋梁設(shè)計年限的相關(guān)規(guī)范及通用圖初步確定橋梁的荷載等級，然后根據(jù)已知條件進行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)驗算，最后通過荷載試驗最終進行驗證。采用上述方法對無資料預(yù)應(yīng)力橋梁進行承載能力鑒定，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益，可供類似橋梁承載力鑒定時進行借鑒。

（3）在無資料的預(yù)應(yīng)力橋梁承載能力鑒定中一些問題尚未解決，比如以目前的無損檢測技術(shù)，雷達(dá)可以掃描到箍筋的間距，但同一橫截面上的鋼筋肢數(shù)無法確定；同樣，鋼筋直徑尚無法測定，只有通過局部破損的方法兩側(cè)箍筋直徑；另外，預(yù)應(yīng)力束的根數(shù)等尚未見有效的方法量側(cè)等。

（4）橋梁等結(jié)構(gòu)物的建設(shè)資料管理在橋梁管養(yǎng)中占有非常重要的地位，若資料缺失，將給橋梁建成后的運營管養(yǎng)帶來很大的困難。

參考文獻

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承載能力鑒定檢查報告[R].2011.

作者簡介：李功文（1982—），男，湖南邵陽人，供職于招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司，碩士。