旅游景區(qū)鋼構(gòu)人行棧道橋安全檢測(cè)評(píng)估

于海龍, 楊 奎

(1. 安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司, 安徽合肥 230000; 2. 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 , 四川德陽 618000)

1 工程概況

隨著國(guó)內(nèi)旅游業(yè)蓬勃發(fā)展，景區(qū)重大安全事故也時(shí)有發(fā)生。許多旅游棧道往往缺乏設(shè)計(jì)及施工過程中的質(zhì)量控制，仍然主要依賴經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、建造。目前國(guó)內(nèi)尚無現(xiàn)行的設(shè)計(jì)和施工規(guī)范可循，棧道的安全檢測(cè)評(píng)價(jià)也暫無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。本文針對(duì)某旅游景區(qū)鋼構(gòu)人行棧道安全檢測(cè)問題進(jìn)行分析研究 , 提出棧道荷載試驗(yàn)方法，以供大家在工程實(shí)踐中參考。

某景區(qū)棧道依山勢(shì)而建。為避開滑坡、落石、危巖等不良地質(zhì)體影響而新建一部分棧道，另一部分棧道則在原有棧道鋼架上或更換棧道板或在原有棧道鋼架上新增設(shè)[10槽鋼和加鋪棧道板而成。某棧道區(qū)間原有鋼架為14×2.5 m連續(xù)鋼架，棧道寬2.2 m。該段棧道每孔鋼架橫向設(shè)兩根I10工字鋼立柱，立柱頂設(shè)I10工字鋼橫梁，橫梁上縱向設(shè)3根I10工字鋼主梁。主梁上等間距新增加布置[12槽鋼作分配梁，分配梁上沿縱向加設(shè)3根[10槽鋼作縱梁?？v梁上橫向滿鋪松木板作棧道橋面。該人行鋼橋建設(shè)年代未知，需要對(duì)原鋼棧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行荷載試驗(yàn)以評(píng)估其安全性。

2 檢測(cè)項(xiàng)目及儀器設(shè)備

本次檢測(cè)主要包括以下項(xiàng)目：

(1)全橋外觀檢查。包括鋼結(jié)構(gòu)銹蝕、開裂等，利用現(xiàn)有條件，對(duì)主梁、次梁、橫梁、橋臺(tái)、橋面以及欄桿等部位進(jìn)行檢查。

(2)靜載試驗(yàn)。通過測(cè)量橋梁結(jié)構(gòu)在靜力試驗(yàn)荷載作用下各控制截面的應(yīng)變和撓度，從而掌握橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際工作狀態(tài)，評(píng)價(jià)橋梁結(jié)構(gòu)的使用性能。

本次使用的主要儀器設(shè)備：鋼卷尺、游標(biāo)卡尺、數(shù)顯百分表、無線多功能靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)、裂縫寬度檢測(cè)儀。

3 靜載試驗(yàn)

靜載試驗(yàn)是通過對(duì)試驗(yàn)荷載作用下棧道結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形進(jìn)行測(cè)量，從而對(duì)棧道工作狀態(tài)和工作性能進(jìn)行檢驗(yàn)。棧道結(jié)構(gòu)不僅受到其本身重量即恒載的作用，同時(shí)還受到人群荷載、風(fēng)荷載雪荷載等活載的作用。靜力加載試驗(yàn)是對(duì)棧道結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)荷載作用下棧道的工作狀態(tài)與工作性能進(jìn)行檢驗(yàn)，從而確定棧道的承載能力是否滿足設(shè)計(jì)要求。目前棧道還沒有統(tǒng)一的檢測(cè)規(guī)范可循，現(xiàn)根據(jù)JTG/T J21-2011《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》和JTG/T J21-01-2015《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》，進(jìn)行本次荷載試驗(yàn)及對(duì)本次試驗(yàn)荷載結(jié)果進(jìn)行評(píng)定。本次測(cè)試截面位置示意圖見圖1，測(cè)試點(diǎn)布置在主梁各截面的上下底面。

圖1 靜載試驗(yàn)測(cè)試截面位置示意(單位：cm)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)結(jié)果，對(duì)上部剛架結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載力驗(yàn)算，分析剛架的受力特點(diǎn)。考慮到棧道可能存在的人員密集情況，棧道活荷載取為3.5 kN/m2，活載系數(shù)取1.4。剛架材料采用Q235鋼材，抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值根據(jù)GB 50017-2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》表3.4.1-1取為215 N/mm2，抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取為 125 N/mm2；其余計(jì)算參數(shù)均按現(xiàn)行有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行取值。采用Midas Civil 2014有限元軟件計(jì)算。模型中所有結(jié)構(gòu)均采用梁?jiǎn)卧M。縱梁和橫梁的連接均考慮為彈性連接，兩端支座處采用剛接近似處理，忽略棧道木板自重對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響。棧道人群活荷載在有限元軟件中以均布荷載方式施加在槽鋼上。

由計(jì)算結(jié)果可知，工字鋼梁主梁在人群荷載作用下支座B-B截面有最大負(fù)彎矩，彎矩值M=4.3kN·m?？紤]現(xiàn)場(chǎng)條件限制，加載重物采用水袋裝水進(jìn)行加載。水袋規(guī)格為2.5m×1.5m×0.8m=3m3，即單個(gè)水袋充滿水后總重量為3 t。將兩個(gè)水袋順橋向置于橋面，然后用抽水機(jī)抽水加載。根據(jù)彎矩等效原則，水袋充滿水后支座B-B截面最大負(fù)彎矩為M=4.5kN·m，加載效率ηq=1.04，滿足試驗(yàn)規(guī)程加載效率系數(shù)ηq=0.95～1.05的要求。

3.1 測(cè)試項(xiàng)目及方法

本次靜力荷載試驗(yàn)確定的試驗(yàn)項(xiàng)目主要有：

(1)應(yīng)變：工字鋼梁測(cè)試截面在試驗(yàn)荷載作用下的應(yīng)變。應(yīng)變測(cè)量采用在工字鋼主梁、橫梁頂面和底面粘貼電阻應(yīng)變片。

(2 )撓度：工字鋼梁測(cè)試截面在試驗(yàn)荷載作用下的撓度。撓度測(cè)試采用數(shù)顯百分表進(jìn)行測(cè)試。

本次靜力加載試驗(yàn)確立的加載位置為：棧道橋梁跨中。加載方式采用分級(jí)加載，加載試驗(yàn)采用預(yù)壓水袋進(jìn)行(每個(gè)水袋充滿約30 kN)，加載過程隨著抽水機(jī)注水緩慢進(jìn)行。同時(shí)由專門人員統(tǒng)一指揮加載的實(shí)施，及時(shí)掌握各方面的情況，確保安全有序地實(shí)施加載計(jì)劃。

3.2 測(cè)試結(jié)果與分析

3.2.1 應(yīng)變測(cè)試結(jié)果與分析

試驗(yàn)工況作用下測(cè)試截面應(yīng)變見表1。

表1 試驗(yàn)荷載作用下測(cè)試截面主要測(cè)點(diǎn)應(yīng)變及校驗(yàn)系數(shù)

由表1可見，在荷載作用下，橋跨測(cè)試截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.78～0.91范圍內(nèi)，測(cè)試截面實(shí)測(cè)應(yīng)變值均小于理論計(jì)算值，測(cè)試截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)滿足相關(guān)規(guī)范要求；卸載完畢后，橋跨測(cè)試截面最大相對(duì)殘余應(yīng)變?yōu)?.26 %，表明試驗(yàn)橋跨工作性能良好，整體處于彈性工作狀態(tài)。試驗(yàn)橋跨結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足試驗(yàn)荷載要求。

3.2.2 撓度測(cè)試結(jié)果與分析

試驗(yàn)工況下測(cè)試截面撓度及校驗(yàn)系數(shù)見表2。

由表2可見，在荷載作用下，橋跨測(cè)試截面撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.76～0.81范圍內(nèi)，測(cè)試截面實(shí)測(cè)撓度值均小于理論計(jì)算值，測(cè)試截面撓度校驗(yàn)系數(shù)滿足相關(guān)規(guī)范要求；卸載完畢后，橋跨測(cè)試截面最大相對(duì)殘余撓度為14.07 %，在卸載后具有較好的變形恢復(fù)能力，整體處于彈性工作狀態(tài)。試驗(yàn)橋跨結(jié)構(gòu)剛度滿足試驗(yàn)荷載要求。

3.3 焊縫觀測(cè)

試驗(yàn)前對(duì)測(cè)試截面附近區(qū)域進(jìn)行焊縫檢查，測(cè)試截面附近焊縫未發(fā)現(xiàn)可見裂縫；在試驗(yàn)橋跨各加載工況下，焊縫未出現(xiàn)可見裂縫。

表2 試驗(yàn)荷載作用下測(cè)試截面撓度及校驗(yàn)系數(shù)

4 檢測(cè)結(jié)論

4.1 外觀檢查

(1)橋面系：橋面棧道板外觀狀況良好。

(2)上部結(jié)構(gòu)：工字鋼主梁、工字鋼橫梁外觀狀況良好。

(3)下部結(jié)構(gòu)：工字鋼立柱外觀狀況良好。

4.2 靜載試驗(yàn)

(1)本橋測(cè)試截面的靜力試驗(yàn)荷載效率為1.04，符合JTG/T J21-2011《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》第8.1.2條的規(guī)定，靜力荷載試驗(yàn)效率ηq宜介于0.95～1.05之間，其試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果能反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)。

(2)在水袋荷載作用下，測(cè)試截面實(shí)測(cè)應(yīng)變值均小于理論計(jì)算值，應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的校驗(yàn)系數(shù)介于0.77～0.91之間；卸載后的相對(duì)殘余應(yīng)變均小于規(guī)范限值20 %，說明本棧道橋承載力滿足安全使用要求。

(3)在水袋荷載作用下，測(cè)試截面的實(shí)測(cè)撓度值均小于理論計(jì)算值，撓度測(cè)點(diǎn)的校驗(yàn)系數(shù)介于0.76～0.81之間；卸載后的相對(duì)殘余撓度均小于規(guī)范限值20 %，說明本棧道橋剛度滿足正常使用要求。

(4)加載前對(duì)測(cè)試截面附近區(qū)域進(jìn)行焊縫檢查觀測(cè)，測(cè)試截面附近焊縫未發(fā)現(xiàn)可見裂縫；在試驗(yàn)橋跨各加載工況下，焊縫未出現(xiàn)可見裂縫。

綜上所述，本鋼棧道橋試驗(yàn)橋跨剛度、強(qiáng)度和承載力滿足人群荷載3.5 kN/m2要求。

5 養(yǎng)護(hù)建議

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，以及相關(guān)資料，特提出以下建議：

(1)加強(qiáng)棧道橋的檢查和養(yǎng)護(hù)工作，經(jīng)常巡視，及時(shí)更換腐蝕的木材，對(duì)鋼梁銹蝕部分及時(shí)除銹并補(bǔ)噴防銹涂料。

(2)客流量超過設(shè)計(jì)值時(shí)，采取限流措施。