圬工拱橋檢測評估分析

陳曉文

（中南林業(yè)科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長沙 410004）

橋梁檢測是通過對橋梁的技術(shù)狀況及缺陷和損傷的性質(zhì)、部位、嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢，查明造成橋梁損壞的原因，從而能更好評估已損壞部位對橋梁的正常使用影響，利用專業(yè)儀器測量與試驗(yàn)，獲取可靠數(shù)據(jù)為后期加固維修提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

1 工程概況

該橋?yàn)橐豢鐚?shí)腹式圬工拱橋，跨徑為8 米，橋面寬7.5 米，修建時間較長，且橋梁狀況特殊，是在年就長遠(yuǎn)的舊橋上進(jìn)行擴(kuò)建，新舊結(jié)合，舊橋部分損壞較為嚴(yán)重，且相關(guān)的設(shè)計資料及圖紙已經(jīng)缺失，數(shù)據(jù)皆為現(xiàn)場實(shí)測。需通過130 噸的重車。

2 橋梁檢測

2.1 外觀檢測

該橋應(yīng)運(yùn)營時間長久，損壞較明顯。橋墻體出現(xiàn)裂縫、灰縫剝落，橋臺空橋臺出現(xiàn)沉降裂縫，護(hù)欄混凝土開裂，路面出現(xiàn)橫向裂縫。最總技術(shù)評分表1。

表1 橋梁總體技術(shù)狀況評分

2.2 橋梁結(jié)構(gòu)檢算

拱橋主要材料參數(shù)、荷載布置及其組合如下：

2.2.1 材料參數(shù)

查閱相關(guān)規(guī)范，該圬工拱橋的結(jié)構(gòu)材料參數(shù)取值見表2。

表2 材料參數(shù)

2.2.2 荷載

一期恒載：自重q=330.0kN/m

二期恒載：混凝土鋪裝+鋼筋混凝土護(hù)欄q=48.8N/m

活載：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)輸特種荷載

2.2.3 荷載組合

標(biāo)準(zhǔn)荷載組合：公路二級

特殊荷載組合：1.0×恒載+1.0×特種荷載。

利用MIDAS 建立有FEM 模型，對圬工拱橋進(jìn)行數(shù)值分析。計算模型如圖1 所示。

圖1 計算模型

根據(jù)最新的相關(guān)規(guī)范和橋梁技術(shù)狀況評定結(jié)果，該圬工拱橋的橋承載力折算系數(shù)Z1取1.0，承載能力極限狀態(tài)主要計算結(jié)果如表3 所示。

根據(jù)表3，圬工拱橋跨中最大軸力組合作用值為2626.1 kN，結(jié)構(gòu)抗力為5977.97kN，抗力大于作用值。

表3 承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算結(jié)果

根據(jù)有限元模擬結(jié)果以及現(xiàn)場檢測評估、理論分析及現(xiàn)場外觀檢測，綜合考慮結(jié)果：該圬工拱橋承載能力理論上是安全的。

2.3 靜載試驗(yàn)

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》，對該橋進(jìn)行靜載試驗(yàn)。本次試驗(yàn)荷載采用兩輛陜汽德龍載重汽車，總噸位為1200kN。

2.3.1 試驗(yàn)程序

整個試驗(yàn)按照以下程序進(jìn)行：測試主拱圈的恒載（靜止）撓度→主拱圈測試截面分拱頂（腳）三級進(jìn)行加載→主拱圈變形和應(yīng)變測試。并對主拱圈、拱腳工作狀況和裂縫開展情況進(jìn)行觀測。

2.3.2 試驗(yàn)規(guī)則

在靜力加載試驗(yàn)過程中，再次加、卸載的持續(xù)時間取決于圬工拱橋位移最大的測點(diǎn)達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)所需要的時間決定了加載、卸載所需的時間。實(shí)際觀測時，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，控制在10 分鐘左右。

2.3.3 測試斷面、測試工況與測點(diǎn)布置

測試斷面：試驗(yàn)時選取拱頂，拱腳和1/4 截面，按設(shè)計荷載并滿足加載效率進(jìn)行加載測試。

測試工況：對該橋拱頂、拱腳進(jìn)行最大彎矩加載試驗(yàn)，測試典型截面的縱向應(yīng)力、位移及裂縫。

測點(diǎn)布置：

（1）應(yīng)變測點(diǎn)

在拱頂截面，于拱底左側(cè)、中間、右側(cè)位置各布置一個應(yīng)變測點(diǎn)；在拱腳和1/4 截面處均在拱底左側(cè)、中間各布置一個應(yīng)變測點(diǎn)采用振弦式應(yīng)變計對以上截面的應(yīng)變進(jìn)行測試。

（2）撓度測點(diǎn)

于拱頂、L/4、拱腳截面處設(shè)置撓度測點(diǎn)，于橋面上下游兩側(cè)各置一臺精密水準(zhǔn)儀，對主拱圈撓度進(jìn)行測量。

靜載試驗(yàn)應(yīng)既能保證結(jié)構(gòu)安全，又能充分暴露結(jié)構(gòu)承載能力。試驗(yàn)荷載效率系數(shù)應(yīng)滿足： 0 .95 < η<1.05。本次各級加載的試驗(yàn)荷載效率系數(shù)見表4。

表4 拱頂（腳）截面各級試驗(yàn)效率系數(shù)

應(yīng)力測試結(jié)果分析：

拱頂加載各測點(diǎn)的應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)在0.84～0.89 之間，拱腳加載各測點(diǎn)的應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)在0.71～0.90 之間，說明結(jié)構(gòu)受力狀況良好。

撓度測試結(jié)果分析：

拱頂加載各測點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.40～0.85 之間，拱腳加載各測點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.21～0.71 之間，說明結(jié)構(gòu)剛度一般。

2.4 動載試驗(yàn)

測點(diǎn)布置:

在圬工拱橋跨中、L/4 截面、3L/4 截面處布置傳感器。

結(jié)構(gòu)測試模型:

沿縱橋向分成四等份，分別在節(jié)點(diǎn)2（l/4L）、3（l/2L）、4（3/4L）放置相對應(yīng)的拾振器，試驗(yàn)結(jié)果見表5 及圖2。

表5 跳車試驗(yàn)測試結(jié)果

圖2 拱橋?qū)崪y振型圖（一階模態(tài)）

由動載試驗(yàn)結(jié)果可知：一階自振頻率實(shí)測值為計算值的1.08 倍，表明結(jié)構(gòu)實(shí)際剛度大于理論剛度，符合《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》的要求。

3 評定結(jié)果及建議

根據(jù)橋梁技術(shù)狀況評定、現(xiàn)場動、靜載的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以及理論計算分析等綜合判定：該橋滿足重件運(yùn)輸要求。

建議重載運(yùn)輸車輛靠近新橋測低速通行，為避免應(yīng)力集中應(yīng)在橋面鋪設(shè)鋼板，并在重型汽車過橋時持續(xù)對橋梁結(jié)構(gòu)觀測和交通管制，如出現(xiàn)異常情況，應(yīng)及時處理。