關(guān)于舊橋靜載試驗的幾點經(jīng)驗

李 俠，孫俊平

(1.上?？睖y設(shè)計研究院，上海市200434；2.嘉興市秀洲區(qū)水利局，浙江嘉興314001)

1 概述

在舊橋承載力測試工作中，要注重橋況檢查，注意檢查幾種裂縫和鋼筋銹蝕程度；須正確布置應(yīng)變片測點，并對測量數(shù)據(jù)可靠性有充分認識；要準確、巧妙地運用校驗系數(shù)評價以及相對殘余變形評價方法[1]。

2 注重橋況檢查

在舊橋靜載試驗前，首先應(yīng)進行細致的橋況檢查，檢查橋面(鋪裝層、伸縮縫)、附屬設(shè)施、主梁(包括橫隔板、撐梁、加勁肋等)、支座(位移和變形)、橋墩、橋臺等構(gòu)件有無劣化與損壞情況，檢查橋梁基礎(chǔ)有無水流沖刷毀壞情況，通航橋梁還需要檢查有無設(shè)置防撞設(shè)施。然后選擇受力最大的跨位以及劣化嚴重的跨位作為靜載試驗對象，做到外觀檢查與內(nèi)部測試相結(jié)合。橋面鋪裝層磨損輕則影響行車舒適度，重則影響橋梁使用壽命；橋梁護欄損壞、缺失會影響行人安全；支座產(chǎn)生不均勻壓縮變形,會導(dǎo)致偏心受壓不利情況。

非預(yù)應(yīng)力空心箱梁或槽型梁在高溫條件下澆筑成型時，常因養(yǎng)護不當留下溫度收縮縫，中間寬，兩端窄，多貫穿整個肋板，極大的影響橋梁使用年限，對此類構(gòu)件應(yīng)報廢。未設(shè)置橫隔板或橫隔板中鋼板焊接不牢固的T型梁橋，因橫向聯(lián)結(jié)較弱且平面外剛度很低，邊梁易發(fā)生平面外彎曲破壞。對于預(yù)應(yīng)力橋，靠近支承附近的梁翼處若有軸向裂縫發(fā)生，則表示其橫向補強筋不夠。若梁身發(fā)現(xiàn)橫向裂縫時，則表示預(yù)應(yīng)力嚴重的喪失或是預(yù)應(yīng)力鋼筋的位置不對。在支承附近或預(yù)應(yīng)力筋的錨頭附近混凝土的裂縫或剝落常常是由于不良的設(shè)計所引起。

舊橋橋況檢查時，不僅要檢查裂縫(裂縫是鋼筋銹蝕的主要原因)，更要檢測主筋和箍筋的銹蝕程度，不可忽視箍筋銹蝕的危害。以前鋼筋銹蝕狀態(tài)檢測主要指縱向主筋，實際上箍筋首先銹蝕[2]，當縱筋銹蝕截面損失率在5%～10%范圍內(nèi)時，箍筋已有很多銹斷。原因是箍筋位于主筋的外面，直徑相對較小，對截面損失更為敏感。箍筋銹蝕后，降低了對混凝土的約束作用，使梁的抗剪極限承載能力下降，由于剪切破壞的脆性性質(zhì)，一旦發(fā)生其后果比正截面破壞嚴重得多。對于非預(yù)應(yīng)力橋，首先進行目視檢查，檢查有無鋼筋銹蝕引起的銹跡、裂縫、起鼓、剝落情況，必要時直接鑿開混凝土，露出鋼筋，目視檢查鋼筋銹蝕程度。對于預(yù)應(yīng)力橋，目視檢查內(nèi)部鋼筋或鋼絞線的銹蝕情況比較困難，可先通過外部跡象初步判斷，如有無裂縫、滲水情況；錨接具外部鋼絞線有無銹蝕(鋼絞線表面有銹粉表明銹蝕程度輕微，表面有銹斑則表明銹蝕程度較為嚴重)。然后采用鋼筋銹蝕測定儀大范圍進一步檢測。

3 正確布置應(yīng)變片測點，確保測試數(shù)據(jù)可靠

對于普通鋼筋混凝土舊橋，通常已經(jīng)出現(xiàn)裂縫，要考慮開裂對舊橋承載能力的影響，必須在關(guān)鍵裂縫截面鑿開鋼筋外面的保護層，把應(yīng)變片貼在鋼筋上。若裂縫沒有越過中性軸，可把應(yīng)變片貼在受壓區(qū)混凝土表面，作為輔助測試內(nèi)容。一般情況下，不允許把應(yīng)變片貼在受拉區(qū)混凝土上，貼在裂縫上，測試數(shù)據(jù)偏大，貼在裂縫附近則測試數(shù)據(jù)偏小。對于預(yù)應(yīng)力橋，在開裂荷載之前，梁截面混凝土應(yīng)力計算滿足小應(yīng)變平截面假定，應(yīng)變在截面上線性變化，應(yīng)變與撓度理論值容易計算，用混凝土應(yīng)變與撓度校驗系數(shù)評價比較可靠，因此一般把應(yīng)變片貼在混凝土上。

可靠的應(yīng)變測試數(shù)據(jù)是安全評定的重要依據(jù)，也是應(yīng)變校驗系數(shù)評定方法可行的前提條件。在舊橋應(yīng)力測試中，絕大多數(shù)用應(yīng)變片。應(yīng)變片粘貼和測試比較繁瑣，使用中常會出現(xiàn)以下問題：試驗時間較長時，應(yīng)變片測量值有漂移；應(yīng)變片接線被拉斷，沒有數(shù)據(jù)；應(yīng)變片初始不能平衡；關(guān)鍵測點應(yīng)變片測量值有懷疑?？捎玫慕鉀Q措施有：縮短加載時間，選擇溫度穩(wěn)定性較好的時間進行試驗；應(yīng)變片接線固定在測點附近；每個鋼筋應(yīng)變測點上布置兩枚應(yīng)變片；選擇幾片梁，在控制截面混凝土應(yīng)變測點上布置兩枚應(yīng)變片；對于可能發(fā)生平面外彎曲的結(jié)構(gòu)(如T型梁邊梁、鋼桁架)，應(yīng)在兩個側(cè)面對稱布置混凝土應(yīng)變測點。

4 校驗系數(shù)及相對殘余變形(或應(yīng)變)評價

校驗系數(shù)η是指荷載試驗實測效應(yīng)與相應(yīng)的計算效應(yīng)之比。它是評定結(jié)構(gòu)工作狀況，確定橋梁承載能力的一個重要指標。一般要求η值不大于1，η值越小表示結(jié)構(gòu)的安全儲備越大，η值過大或過小都應(yīng)該從測試和分析計算兩方面查找原因。測試方面要求測試數(shù)據(jù)有代表性，準確可靠，一般要求：測點布置在撓度、應(yīng)力較大部位，測量值較大，相對誤差較小，不可采用梁中心軸附近的混凝土應(yīng)變數(shù)據(jù)做校驗系數(shù)計算評價；為簡化分析計算，測點應(yīng)布置在邊界條件簡單的部位；多種測試方法相互驗證；同一個測點布置兩枚應(yīng)變片或兩只百分表，可作備用，也可驗證測試數(shù)據(jù)是否可靠，澄清應(yīng)變傳感器的有效性問題。計算方面要遵守以下原則：采用開裂截面計算截面內(nèi)應(yīng)力，不考慮受拉區(qū)混凝土的抗力；考慮橋面鋪裝層易損壞，計算時不考慮鋪裝層對結(jié)構(gòu)受力的有利影響；計算荷載橫向分布系數(shù)時，不考慮防撞墻或隔離帶參與作用，須參考類似工程經(jīng)驗以及本次試驗數(shù)據(jù)，并作出修正。上面的計算簡化使應(yīng)力與撓度計算值較測量值偏大，表現(xiàn)為校驗系數(shù)小于1。至于受力簡化模型是否正確、影響因素是否考慮周全，則依賴于鑒定專家的學(xué)識與經(jīng)驗。

對于橫向聯(lián)結(jié)較弱的T型梁橋，當橋面加載時梁體常會發(fā)生平面外彎曲，理論計算時難以考慮?？稍趦蓚€側(cè)面對稱布置混凝土應(yīng)變測點，通過理論分析分離出平面內(nèi)彎曲應(yīng)變，再與理論計算值比較，進而可評價T型梁平面內(nèi)抗彎能力。在鋼制梁、鋼桁架的受力分析中，穩(wěn)定問題非常重要，在試驗中要格外注意。

在最不利工況下，梁體受力接近于承載能力設(shè)計值，隨著時間推移，裂縫逐漸擴展，撓曲變形逐漸增大。一般要求延長加載時間，觀測梁體的撓度變化情況，進而評價橋梁結(jié)構(gòu)的長期彈性恢復(fù)能力。只有當鋼筋屈服時(此時結(jié)構(gòu)開始破壞，實際試驗中應(yīng)該避免)，才會出現(xiàn)相對殘余變形大于20%的情形，所以用該條標準評價橋梁彈性恢復(fù)能力實際意義不大。如果考慮應(yīng)變的漂移，相對殘余應(yīng)變的評價方法并不可靠。一般來說，應(yīng)變或變形隨荷載變化的線性關(guān)系好，能反映結(jié)構(gòu)處于良好的彈性狀態(tài)。

5 舊橋靜載試驗實例

5.1 舊橋概況

某大橋位于浙江省境內(nèi)，建成至今有10 a，為靜定組合式預(yù)應(yīng)力T型鋼構(gòu)梁橋。橋梁縱向由7孔組合式T梁組成，其跨徑組成為1×60m+2×40 m+4×20m，全橋總長242m，橋梁總寬為9.5m，其中車行道凈寬為7m，雙向兩車道(見圖1)。懸臂T型鋼構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土分塊變截面箱梁拼裝而成，鉸接縫材料采用環(huán)氧樹脂，箱梁為單箱雙室結(jié)構(gòu)，每塊箱梁自重19.6～22.1 t。T型梁均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(腹板寬0.2 m，凈高1.1 m，內(nèi)梁翼緣板寬度2 m，南、北側(cè)外梁翼緣板寬度2.25 m，厚度8~21 cm，強度等級 C40)，跨內(nèi)橫向并排布置4片，每片自重約30 t，縱向設(shè)有4道橫隔板，下部結(jié)構(gòu)為鉆孔灌注樁承臺組成的橋墩。該橋計算荷載汽車-20級，人群荷載3 kN/m2，驗算荷載為掛車-100。

圖1 主橋半立面示意圖

5.2 橋況檢查

橋況檢查發(fā)現(xiàn)問題有：(1)橋面鋪裝層破損，伸縮縫橡膠材料老化、破損；(2)人行道欄板損壞；(3)第1跨南側(cè)外梁與北側(cè)外梁側(cè)面各有1條豎向裂縫，貫穿整個腹板且開度大于0.25 mm；(4)T型梁橫隔板中鋼板均未焊接；(5)個別T型梁外梁底面與橡膠支座不密貼而脫空；(6)箱梁接縫口滲水嚴重，有乳白色溶解物析出，經(jīng)證實為施工過程中遭受雨淋引起；(7)箱梁接縫口多個錨具未封；(8)東側(cè)T構(gòu)西南孔第2條接縫處，頂部環(huán)氧樹脂局部被蝙蝠掏空，預(yù)應(yīng)力鋼絲束暴露，全表面有銹粉但未見銹斑，表明銹蝕程度輕微。T型梁因多個橫隔板中鋼板均未焊接，未能保證整橋的一體性，梁體易發(fā)生平面外彎曲，導(dǎo)致邊梁腹板側(cè)面出現(xiàn)明顯裂縫，此類裂縫對梁體剛度削弱很大。

5.3 確定控制截面及測點位置

在橋況檢查的基礎(chǔ)上進行了靜載試驗，主要測試控制截面在荷載下的撓度及應(yīng)變。選擇第4跨T型梁 (20 m跨徑)、東側(cè)T構(gòu)以及經(jīng)橋況檢查發(fā)現(xiàn)劣化嚴重的第1跨T型梁作為試驗對象。采用五輛“解放牌”兩軸卡車作為試驗荷載，每輛卡車總重約30 t，前后軸距為4.65～5.0 m，模擬汽車-20級加重車。因5輛卡車前、后軸重并不完全相同，為精確計算荷載，需對卡車進行稱重并編號。

第1跨與第4跨T型梁均為簡支梁，內(nèi)力控制截面為跨中截面，撓度測點布置在跨中和端口；東側(cè)T構(gòu)控制截面為墩柱與箱體結(jié)合處(即箱梁0號塊)橫截面，撓度測點布置在掛梁口和橋墩頂部。鋼筋應(yīng)變測點設(shè)置在T型梁跨中截面腹板底部受力筋表面(鑿除保護層混凝土，露出鋼筋)，混凝土應(yīng)變測點設(shè)置在T型梁腹板一側(cè)表面、東側(cè)T構(gòu)箱梁0號塊東、西截面梁肋及中間腹板的上中下部。

5.4 試驗數(shù)據(jù)分析

該舊橋承載力評定的標準如下：(1)橋梁板的相對殘余撓度測試值應(yīng)小于20%；(2)梁式橋主梁板的實測最大撓度值不應(yīng)超過計算跨徑的，懸臂端則為；(3)預(yù)應(yīng)力混凝土橋的撓度校驗系數(shù)正常范圍為0.7~1.0，混凝土應(yīng)變的校驗系數(shù)正常范圍為0.6~0.9。在最不利工況下，東側(cè)T構(gòu)相對殘余變位為8.2%，結(jié)構(gòu)彈性較好；撓度校驗系數(shù)為0.72，箱梁下部混凝土壓應(yīng)變校驗系數(shù)為0.70，均滿足預(yù)應(yīng)力混凝土橋校驗系數(shù)0.6～0.9的要求(因箱梁中部的混凝土應(yīng)變測點靠近中心軸，測量值很小，相對誤差較大，上部測點受接縫口應(yīng)力釋放的影響，測得的拉應(yīng)變偏小，故用下部混凝土測點的壓應(yīng)變數(shù)據(jù)做校驗系數(shù)計算評價)。

在最不利工況下，第1跨及第4跨T型梁的相對殘余變位稍大，在13.0%~15.2%之間，但未超過允許值20%?？鐑?nèi)并排停2輛車時(相當于汽車-20級，無加重車荷重水平)，第4跨T型梁北側(cè)外梁的撓度校驗系數(shù)為1.107；跨內(nèi)停4輛車時(相當于汽車-20級，有加重車荷重水平)，第1跨T型梁北側(cè)外梁的撓度校驗系數(shù)為1.068，外梁鋼筋應(yīng)變校驗系數(shù)在0.801～0.807之間，均不滿足鋼筋混凝土梁橋校驗系數(shù)0.4～0.8的要求。

5.5 鑒定結(jié)論

T型剛構(gòu)能滿足汽車—20級設(shè)計荷載要求，而T型梁目前不滿足設(shè)計荷載要求，加固維修建議如下：(1)對T型梁橫隔板中聯(lián)結(jié)鋼板進行焊接，保證4片梁整體受力，對有嚴重裂縫的兩片外梁進行加固；(2)橡膠支座局部壓癟(外梁處于彎扭受力不利狀態(tài))屬于材料耐久性質(zhì)量問題，需更換；(3)重鋪整個水泥混凝土橋面，橋面鋪裝層按新規(guī)范設(shè)計，修補T構(gòu)箱梁塊與塊之間的縫隙，以免滲水腐蝕預(yù)應(yīng)力錨束，釀成嚴重事故；(4)緊急修補部分欄桿及人行道缺損處，保證行人安全；(5)在加固維修完成前，過橋車輛限制噸位為 20 t。

[1]上?？睖y設(shè)計研究院.舊橋測試經(jīng)驗總結(jié)報告[R].2008.

[2]夏兆光,吳兵.水閘混凝土構(gòu)件老化分析與加固方法[J].浙江水利科技,2010(9):38-39.

[3]公路舊橋承載能力鑒定方法(試行)[S].北京:人民交通出版社,1988.