服役期空心板橋承載力判定及試驗(yàn)方案分析

馬學(xué)亮 周國(guó)偉 劉富昌

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，道路運(yùn)輸荷載越來(lái)越重，這對(duì)很多原設(shè)計(jì)荷載較低的老舊橋梁非常不利。對(duì)舊橋的承載能力檢測(cè)是后期進(jìn)行加固設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，如何對(duì)現(xiàn)役舊橋的承載能力進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估，是對(duì)橋梁進(jìn)行病害防治、加固的前提。因此檢測(cè)舊橋的承載能力必須嚴(yán)格保證精準(zhǔn)度。本文采用靜載檢測(cè)技術(shù)對(duì)某服役20年的空心板橋的承載力及試驗(yàn)進(jìn)行分析，其結(jié)論具有較大的應(yīng)用意義。

關(guān)鍵詞：空心板橋;承載力;檢測(cè)方案;加載車

中圖分類號(hào)：U446 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2021）30-0081-03

Abstract： With the rapid development of social economy， the road transportation load is becoming heavier and heavier， which is very unfavorable to many old bridges with low original design load. The bearing capacity test for the old bridge is the basis of reinforcement design in the later stage， and how to test and evaluate the bearing capacity of existing bridges is the premise of disease prevention and reinforcement of bridges. Therefore its accuracy must be strictly guaranteed in the bearing capacity test for the old bridge. Static load detection method is adopted to analyze the bearing capacity and test scheme for a hollow slab bridge in service for 20 years in this paper. The conclusion has great application significance and engineering application prospect.

Keywords： hollow slab bridge; bearing capacity; testing scheme; loading car

我國(guó)作為世界基建大國(guó)之一，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正處在飛速發(fā)展的階段。中小型橋梁作為基礎(chǔ)設(shè)施的常用結(jié)構(gòu)形式，對(duì)促進(jìn)各地區(qū)之間經(jīng)濟(jì)發(fā)展、擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)規(guī)模以及加強(qiáng)地方文化交流等起到重要作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2020年底，我國(guó)已建成運(yùn)行的公路橋梁超過(guò)90萬(wàn)座，是世界上橋梁數(shù)量最多的國(guó)家，其中中小橋梁占比達(dá)86.2%。中小橋梁的設(shè)計(jì)使用年限為100年，隨著橋梁運(yùn)營(yíng)年限的增加，已有相當(dāng)一部分橋梁出現(xiàn)不同程度的病害，部分舊橋的設(shè)計(jì)承載能力已不能滿足當(dāng)前重載交通的要求。這類橋梁的“亞健康”運(yùn)營(yíng)狀態(tài)存在著巨大的安全隱患，近年來(lái)頻頻發(fā)生橋梁安全事故，提醒著人們重視橋梁安全問(wèn)題已刻不容緩[1-4]。對(duì)服役期中小橋的承載能力進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估，是對(duì)橋梁進(jìn)行病害防治、加固的前提。本文針對(duì)某服役超過(guò)20年的空心板橋的承載力檢測(cè)方案進(jìn)行分析，得出的結(jié)論具有較大的現(xiàn)實(shí)意義和工程應(yīng)用前景。

1 工程概況

本橋位于鄭州市管城回族區(qū)，服役期超過(guò)20年，無(wú)設(shè)計(jì)圖紙資料。上部結(jié)構(gòu)為4×8 m鋼筋混凝土空心板，下部結(jié)構(gòu)為柱式墩、重力式臺(tái)（見圖1）。橋面布置為0.5 m護(hù)欄+4.8 m機(jī)動(dòng)車道+0.5 m護(hù)欄。

2 橋梁技術(shù)狀況評(píng)定

根據(jù)《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ 99—2017）的規(guī)定[5]，應(yīng)根據(jù)養(yǎng)護(hù)等級(jí)對(duì)橋梁進(jìn)行技術(shù)狀況評(píng)估。將Ⅰ類城市橋梁完好狀態(tài)分為2個(gè)等級(jí)：

①合格級(jí)——橋梁結(jié)構(gòu)完好或結(jié)構(gòu)構(gòu)件有損傷，但不影響橋梁安全，應(yīng)進(jìn)行保養(yǎng)、小修。

②不合格級(jí)——橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷，影響結(jié)構(gòu)安全，應(yīng)立即修復(fù)。

將Ⅱ～Ⅴ類養(yǎng)護(hù)的城市橋梁完好狀態(tài)和橋梁結(jié)構(gòu)狀況分為A級(jí)、B級(jí)、C級(jí)、D級(jí)和E級(jí)共5個(gè)等級(jí)。

Ⅱ～Ⅴ類養(yǎng)護(hù)的城市橋梁技術(shù)狀況的評(píng)估包括：按分層加權(quán)法根據(jù)定期檢測(cè)記錄，對(duì)橋面系、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估。以橋梁狀況指數(shù)BCI確定橋梁技術(shù)狀況的評(píng)估指標(biāo)，以橋梁結(jié)構(gòu)指數(shù)BSI確定橋梁不同組成部位的結(jié)構(gòu)狀況。

整個(gè)橋梁的技術(shù)狀況指數(shù)BCI、BSI可根據(jù)橋面系、上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況指數(shù)、結(jié)構(gòu)指數(shù)，按下式計(jì)算：

如表1，根據(jù)《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ 99—2017）4.5.7的規(guī)定[4]，計(jì)算得出本橋的橋梁狀況指數(shù)BCI和橋梁結(jié)構(gòu)指數(shù)BSI。本橋橋梁狀況指數(shù)BCI為81.2，即90>BCI≥80，橋梁整體完好狀態(tài)均評(píng)定為B級(jí)——保養(yǎng)小修;橋梁結(jié)構(gòu)指數(shù)BSI為74.7，即80>BCI≥66，橋梁結(jié)構(gòu)狀況評(píng)定為C級(jí)——針對(duì)性小修或局部中修工程。

3 承載力檢測(cè)方案

經(jīng)檢測(cè)，本橋結(jié)構(gòu)狀況評(píng)估等級(jí)為C級(jí)，橋梁狀態(tài)較差，需通過(guò)靜載試驗(yàn)進(jìn)一步檢測(cè)評(píng)估。由于本橋圖紙缺失，原設(shè)計(jì)荷載不明，且上部結(jié)構(gòu)損傷較為嚴(yán)重，不能按照現(xiàn)行規(guī)范某一等級(jí)的荷載進(jìn)行試驗(yàn)。

首先，按照實(shí)測(cè)得到的結(jié)構(gòu)幾何尺寸、鋼筋配置、混凝土強(qiáng)度等參數(shù)對(duì)橋梁進(jìn)行檢算，并按照技術(shù)狀況評(píng)定結(jié)果對(duì)檢算結(jié)果進(jìn)行修正。計(jì)算模型采用梁?jiǎn)卧Ｐ?，不僅能體現(xiàn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，而且滿足計(jì)算需求。根據(jù)計(jì)算，本橋可承載約80 t載重車。

其次，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，準(zhǔn)備1輛40 t載重車，如圖2、圖3和表2所示，設(shè)定加載工況，根據(jù)測(cè)試結(jié)果逐步加大加載等級(jí)。靜力分級(jí)加載只有在前一級(jí)荷載作用時(shí)的結(jié)構(gòu)變位相對(duì)穩(wěn)定后，才能施加下一級(jí)荷載。某級(jí)荷載作用下，結(jié)構(gòu)最大變位測(cè)點(diǎn)在最后5 min的變位增量小于前一個(gè)5 min變位增量的15%，或小于量測(cè)儀器的最小分辨率，即可認(rèn)為結(jié)構(gòu)變位相對(duì)穩(wěn)定。本橋?yàn)殇摻罨炷两Y(jié)構(gòu)，時(shí)間間隔取30 min。

最后，對(duì)一輛加載車的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，若超過(guò)設(shè)計(jì)或規(guī)范限制，則立即停止試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束;若低于規(guī)范限制，則加大荷載值，重新進(jìn)行承載力試驗(yàn)。

4 承載力測(cè)試結(jié)果分析

在一輛40 t加載車的試驗(yàn)荷載作用下，試驗(yàn)橋跨的撓度及應(yīng)變結(jié)果如表3所示。

由表3可知，在試驗(yàn)荷載作用下，控制截面全部測(cè)點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)均小于1，但應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)大于1;控制截面的相對(duì)殘余撓度均小于20%，但01號(hào)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余應(yīng)變大于20%，說(shuō)明雖然該試驗(yàn)橋跨控制截面的豎向剛度滿足要求，但是其抗彎強(qiáng)度不滿足要求，橋跨結(jié)構(gòu)已處于非彈性工作狀態(tài)。

由于在1輛40 t加載車的荷載作用下，上部結(jié)構(gòu)已處于非彈性工作狀態(tài)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，加載試驗(yàn)結(jié)束，最終判定本橋的承載力小于40 t，遠(yuǎn)小于優(yōu)化模型的計(jì)算值。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著時(shí)間的推移，橋梁管養(yǎng)問(wèn)題也逐漸凸顯，對(duì)當(dāng)前舊橋檢測(cè)評(píng)估的準(zhǔn)確性直接影響到維護(hù)管養(yǎng)的效果。本文通過(guò)計(jì)算—模型優(yōu)化—階段性加載—判斷分析的加載方案，較為準(zhǔn)確地確定了本橋的承載力。本方案不僅提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性，而且避免了結(jié)構(gòu)損傷，保障了橋梁安全。

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