載荷試驗(yàn)在橋梁火燒受損檢測(cè)評(píng)估中的應(yīng)用

劉佩佩

（河北省道橋工程檢測(cè)有限公司，河北 石家莊 050021）

1 工程概況

宣大高速公路K208＋323中橋，上部結(jié)構(gòu)為5～13m普通鋼筋混凝土空心板，板高75cm，為先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)，混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C30；下部結(jié)構(gòu)為樁柱式基礎(chǔ)，柱直徑達(dá)110cm，混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C25。橋梁設(shè)計(jì)等級(jí)為汽車—超20級(jí)、掛車—120。

2012年7月16日上午6時(shí)許，一輛柴油罐車由東向西行至該橋時(shí)發(fā)生側(cè)翻，柴油泄漏至北京方向橋面并起火燃燒，柴油順泄水孔流至橋下，導(dǎo)致該橋北京方向外側(cè)嚴(yán)重受損。橋梁被大火燃燒近兩小時(shí)，起火物為柴油。

橋面及西橋頭引路瀝青混凝土路面均被柴油腐蝕，面積為79×12m2，局部瀝青被燒融，松散；西橋頭引路路基邊坡被柴油腐蝕，面積為15×6m2；波形防撞護(hù)欄損壞長(zhǎng)度為101m；立柱損壞42根；防眩板損壞22片；0＃臺(tái)、1～4＃墩頂部支座存在火燒煙熏痕跡；水泥混凝土防撞護(hù)欄燒毀長(zhǎng)度為51m，混凝土脫落面積為20×0.3m2。

2 載荷試驗(yàn)

2.1 靜力試驗(yàn)荷載的確定

本次試驗(yàn)的主要目的是檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)承載能力是否符合設(shè)計(jì)要求，故采用基本荷載加載。就每一加載試驗(yàn)項(xiàng)目而言，其所需加載的數(shù)量，根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)活載產(chǎn)生的該加載試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的控制截面內(nèi)力或變位等的最不利效應(yīng)值，按下式所確定的原則等效換算而得：

式中：η——靜力試驗(yàn)荷載效率系數(shù)；

Sstat——試驗(yàn)荷載作用下，某一加載項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的控制截面內(nèi)力或變位等的最大計(jì)算效應(yīng)值；

S——設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)活荷載不計(jì)沖擊荷載作用時(shí)產(chǎn)生的該加載試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的控制截面內(nèi)力或變位等的最不利計(jì)算效應(yīng)值；

（1＋μ）——設(shè)計(jì)計(jì)算取用的動(dòng)力系數(shù)，其中μ為按規(guī)范采用的沖擊系數(shù)。

綜合考慮靜力試驗(yàn)荷載效率、控制斷面的設(shè)計(jì)彎矩值及加載車輛的來源等因素，本次等效荷載采用2輛四軸重載汽車充當(dāng)，試驗(yàn)車輛的軸距以及滿載重量見表2－1。

表2-1 加載車輛規(guī)格表

2.2 測(cè)試位置及項(xiàng)目

該橋?yàn)?～13m先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)，根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，本次試驗(yàn)測(cè)試位置有：北京方向第1孔跨中截面、1＃墩墩頂截面、第2孔跨中截面。測(cè)試項(xiàng)目有控制截面應(yīng)變及撓度。

2.2.1 應(yīng)變測(cè)試斷面及測(cè)點(diǎn)布置

由于本橋?yàn)槠胀ㄤ摻罨炷两Y(jié)構(gòu)，所以控制截面應(yīng)力測(cè)試采用鋼筋表面粘貼式應(yīng)變計(jì)方式獲得。關(guān)鍵應(yīng)力測(cè)試截面共布置3個(gè)，分別為北京方向第1孔跨中截面、1＃墩頂截面和第2孔跨中截面。由于本次試驗(yàn)主要目的是確定火災(zāi)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，故主要測(cè)試在偏載作用下外側(cè)1～4＃板底應(yīng)變及撓度。

2.2.2 撓度測(cè)試斷面及測(cè)點(diǎn)布置

考慮到本橋的受力特點(diǎn)及本橋測(cè)試工況，本次靜載試驗(yàn)撓度測(cè)點(diǎn)縱向布置在支點(diǎn)及試驗(yàn)孔四分點(diǎn)上。

2.2.3 各工況加載位置

為了確定火災(zāi)對(duì)橋梁的影響，本次靜載試驗(yàn)選取了北京方向第1孔、第2孔偏心最不利加載，工況有：第1孔跨中正彎矩最不利偏心工況、1＃墩頂負(fù)彎矩最不利偏心工況和第2孔跨中正彎矩最不利偏心工況。

2.3 試驗(yàn)荷載效率系數(shù)

該橋主要測(cè)試斷面靜力試驗(yàn)荷載效率系數(shù)見表2－2。

表2-2 試驗(yàn)荷載效率

2.4 試驗(yàn)加載程序

該橋靜力荷載加載的試驗(yàn)程序見表2－3。

表2-3 橋梁靜載試驗(yàn)工況表

2.4.1 為了使結(jié)構(gòu)進(jìn)入正常的工作狀態(tài)，在進(jìn)行正式加載試驗(yàn)前，用一輛試驗(yàn)車在試驗(yàn)孔跨中部位進(jìn)行2～3次橫橋向?qū)ΨQ的反復(fù)預(yù)加載。

2.4.2 預(yù)加載卸至零荷載，并在結(jié)構(gòu)得到充分的零荷載恢復(fù)后，進(jìn)入正式加載試驗(yàn)。正式加載試驗(yàn)按加載工況序號(hào)進(jìn)行，完成一個(gè)序號(hào)的加載工況，在結(jié)構(gòu)得到充分的零荷載恢復(fù)后，再進(jìn)入下一個(gè)序號(hào)的加載工況。

2.4.3 為保證結(jié)構(gòu)及整個(gè)試驗(yàn)過程的安全，本次加載采用分級(jí)加載，通過調(diào)整上車數(shù)量及車輛加載位置實(shí)現(xiàn)分級(jí)加載。

2.5 靜力試驗(yàn)結(jié)果與分析

下面對(duì)本次靜載試驗(yàn)結(jié)果按應(yīng)力測(cè)試、撓度測(cè)試、殘余變形及抗裂性的順序進(jìn)行分析。

2.5.1 應(yīng)力測(cè)試結(jié)果與分析

在進(jìn)行應(yīng)力數(shù)據(jù)對(duì)比分析時(shí)，選取了對(duì)應(yīng)加載工況的測(cè)試值與對(duì)應(yīng)位置的理論值進(jìn)行對(duì)比分析，各工況應(yīng)力對(duì)比數(shù)據(jù)見表2－4～表2－6（應(yīng)力正向規(guī)定：拉為正，壓為負(fù)）。

表2-4 第1孔跨中斷面空心板底部應(yīng)力數(shù)據(jù)

表2-5 第2孔跨中斷面空心板底部應(yīng)力數(shù)據(jù)

表2-6 1#墩頂斷面1-1#空心板側(cè)面應(yīng)力數(shù)據(jù)

由實(shí)測(cè)應(yīng)力數(shù)據(jù)可知：

a）第1孔跨中控制截面：各測(cè)點(diǎn)鋼筋應(yīng)力最大為50.20MPa，小于理論值71.00MPa；該控制截面各應(yīng)力測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)最大為0.71，小于規(guī)范允許值1.0；

b）第2孔跨中控制截面：各測(cè)點(diǎn)鋼筋應(yīng)力最大為44.70MPa，小于理論值67.60MPa；該控制截面各應(yīng)力測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)最大為0.66，小于規(guī)范允許值1.0；

c）1＃墩墩頂控制截面：截面底緣測(cè)點(diǎn)鋼筋應(yīng)力為－20.90MPa，大于理論值－15.70MPa；該測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)為1.33，大于規(guī)范允許值1.0。

綜上所述，該橋北京方向1＃墩頂負(fù)彎矩控制截面受壓區(qū)應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)不滿足規(guī)范要求，說明該斷面經(jīng)火災(zāi)后底部混凝土強(qiáng)度降低，導(dǎo)致鋼筋受壓應(yīng)力偏大。

2.5.2 撓度測(cè)試結(jié)果與分析

該橋試驗(yàn)孔不同荷載工況下作用撓度的具體測(cè)試數(shù)據(jù)及理論值見表2－7～2－8及圖1、圖2（撓度數(shù)據(jù)：向下為正，向上為負(fù)）。

由實(shí)測(cè)撓度數(shù)據(jù)可知：

a）在第1孔正彎矩偏心荷載作用下，第1孔跨中最大撓度值為3.85mm，小于理論值4.59mm；各撓度測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)最大值為0.84，小于規(guī)范允許值1.0；

b）在第2孔正彎矩偏心荷載作用下，第2孔跨中最大撓度值為3.80mm，大于理論值3.67mm；各撓度測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)最大值為1.10，大于規(guī)范允許值1.0。

綜上所述，該橋第2孔由于受火嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)剛度已經(jīng)低于設(shè)計(jì)要求。

表2-7 第1孔偏心加載工況邊孔1#～4#梁撓度數(shù)據(jù)

圖2-1 第1孔偏載工況邊孔1至4#梁撓度對(duì)比曲線

表2-8 第2孔偏心加載工況次邊孔1#～4#梁撓度數(shù)據(jù)

圖2-2 第2孔偏載工況次邊孔1#～4#梁撓度對(duì)比曲線

3 結(jié)論

3.1 由實(shí)測(cè)應(yīng)力數(shù)據(jù)可知，北京方向第1孔、第2孔跨中控制截面各測(cè)點(diǎn)鋼筋應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)均小于規(guī)范允許值1.0；1＃墩墩頂控制截面底緣測(cè)點(diǎn)鋼筋應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)為1.33，大于規(guī)范允許值1.0。

從理論受力角度考慮，第1、2孔跨中加載工況為正彎矩工況，在正彎矩作用下，空心板頂部受壓、底部受拉，頂部混凝土受火災(zāi)影響較小，底部混凝土雖然影響較大，但底部拉應(yīng)力主要由鋼筋承擔(dān)，因此，這兩個(gè)截面的應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)仍能滿足原設(shè)計(jì)要求。1＃墩墩頂斷面承受負(fù)彎矩作用，頂部受拉、底部受壓，經(jīng)火災(zāi)后底部混凝土強(qiáng)度降低，導(dǎo)致鋼筋受壓應(yīng)力偏大，因此該斷面校驗(yàn)系數(shù)不滿足原設(shè)計(jì)要求。

3.2 由實(shí)測(cè)撓度數(shù)據(jù)可知，第1孔跨中各撓度測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)均小于規(guī)范允許值1.0；第2孔跨中各撓度測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)最大值為1.10，大于規(guī)范允許值1.0。

該橋第2孔校驗(yàn)系數(shù)超限的原因主要有：

a）第2孔受火災(zāi)影響最大，1～5＃板板底混凝土強(qiáng)度均明顯降低，混凝土對(duì)鋼筋的握裹作用也相對(duì)降低，整體剛度減??；

b）1＃墩頂斷面受火災(zāi)影響也較大，第1、2孔之間的結(jié)構(gòu)連續(xù)性能降低，該斷面對(duì)相鄰兩孔的彎矩抵消作用降低。

綜上所述，受火災(zāi)影響，該橋第2孔整體剛度、1＃墩頂負(fù)彎矩底面強(qiáng)度均明顯降低，第2孔撓度校驗(yàn)系數(shù)、1＃墩頂斷面底部壓應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)均超過了規(guī)范要求的1.0。

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