服役期空心板橋承載力判定及試驗方案分析

馬學(xué)亮 周國偉 劉富昌

摘 要：隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，道路運輸荷載越來越重，這對很多原設(shè)計荷載較低的老舊橋梁非常不利。對舊橋的承載能力檢測是后期進(jìn)行加固設(shè)計的基礎(chǔ)，如何對現(xiàn)役舊橋的承載能力進(jìn)行檢測評估，是對橋梁進(jìn)行病害防治、加固的前提。因此檢測舊橋的承載能力必須嚴(yán)格保證精準(zhǔn)度。本文采用靜載檢測技術(shù)對某服役20年的空心板橋的承載力及試驗進(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;檢測方案;加載車

中圖分類號：U446 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? 文章編號：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

我國作為世界基建大國之一，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，對促進(jìn)各地區(qū)之間經(jīng)濟發(fā)展、擴大經(jīng)濟規(guī)模以及加強地方文化交流等起到重要作用。據(jù)統(tǒng)計，截至2020年底，我國已建成運行的公路橋梁超過90萬座，是世界上橋梁數(shù)量最多的國家，其中中小橋梁占比達(dá)86.2%。中小橋梁的設(shè)計使用年限為100年，隨著橋梁運營年限的增加，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”運營狀態(tài)存在著巨大的安全隱患，近年來頻頻發(fā)生橋梁安全事故，提醒著人們重視橋梁安全問題已刻不容緩[1-4]。對服役期中小橋的承載能力進(jìn)行檢測評估，是對橋梁進(jìn)行病害防治、加固的前提。本文針對某服役超過20年的空心板橋的承載力檢測方案進(jìn)行分析，得出的結(jié)論具有較大的現(xiàn)實意義和工程應(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20年，無設(shè)計圖紙資料。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（見圖1）。橋面布置為0.5 m護欄+4.8 m機動車道+0.5 m護欄。

2 橋梁技術(shù)狀況評定

根據(jù)《城市橋梁養(yǎng)護技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ 99—2017）的規(guī)定[5]，應(yīng)根據(jù)養(yǎng)護等級對橋梁進(jìn)行技術(shù)狀況評估。將Ⅰ類城市橋梁完好狀態(tài)分為2個等級：

①合格級——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——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)護的城市橋梁完好狀態(tài)和橋梁結(jié)構(gòu)狀況分為A級、B級、C級、D級和E級共5個等級。

Ⅱ～Ⅴ類養(yǎng)護的城市橋梁技術(shù)狀況的評估包括：按分層加權(quán)法根據(jù)定期檢測記錄，對橋面系、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行評估。以橋梁狀況指數(shù)BCI確定橋梁技術(shù)狀況的評估指標(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)，按下式計算：

如表1，根據(jù)《城市橋梁養(yǎng)護技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ 99—2017）4.5.7的規(guī)定[4]，計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)均評定為B級——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)狀況評定為C級——針對性小修或局部中修工程。

3 承載力檢測方案

經(jīng)檢測，本橋結(jié)構(gòu)狀況評估等級為C級，橋梁狀態(tài)較差，需通過靜載試驗進(jìn)一步檢測評估。由于本橋圖紙缺失，原設(shè)計荷載不明，且上部結(jié)構(gòu)損傷較為嚴(yán)重，不能按照現(xiàn)行規(guī)范某一等級的荷載進(jìn)行試驗。

首先，按照實測得到的結(jié)構(gòu)幾何尺寸、鋼筋配置、混凝土強度等參數(shù)對橋梁進(jìn)行檢算，并按照技術(shù)狀況評定結(jié)果對檢算結(jié)果進(jìn)行修正。計算模型采用梁單元模型，不僅能體現(xiàn)結(jié)構(gòu)特點，而且滿足計算需求。根據(jù)計算，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)測試結(jié)果逐步加大加載等級。靜力分級加載只有在前一級荷載作用時的結(jié)構(gòu)變位相對穩(wěn)定后，才能施加下一級荷載。某級荷載作用下，結(jié)構(gòu)最大變位測點在最后5 min的變位增量小于前一個5 min變位增量的15%，或小于量測儀器的最小分辨率，即可認(rèn)為結(jié)構(gòu)變位相對穩(wěn)定。本橋為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，時間間隔取30 min。

最后，對一輛加載車的測試結(jié)果進(jìn)行分析，若超過設(shè)計或規(guī)范限制，則立即停止試驗，試驗結(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。

4 承載力測試結(jié)果分析

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

由表3可知，在試驗荷載作用下，控制截面全部測點撓度校驗系數(shù)均小于1，但應(yīng)變校驗系數(shù)大于1;控制截面的相對殘余撓度均小于20%，但01號測點的相對殘余應(yīng)變大于20%，說明雖然該試驗橋跨控制截面的豎向剛度滿足要求，但是其抗彎強度不滿足要求，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)檢測結(jié)果，加載試驗結(jié)束，最終判定本橋的承載力小于40 t，遠(yuǎn)小于優(yōu)化模型的計算值。

5 結(jié)語

隨著時間的推移，橋梁管養(yǎng)問題也逐漸凸顯，對當(dāng)前舊橋檢測評估的準(zhǔn)確性直接影響到維護管養(yǎng)的效果。本文通過計算—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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