傾覆橋梁相鄰橋跨破壞機(jī)理分析

李功文，孫中洋，孟旭，南林，陳春波，白光亮

（招商局重慶公路工程檢測中心有限公司，重慶 400067）

1 工程概況

某匝道橋共6 聯(lián)，其中發(fā)生傾覆事故的第5 聯(lián)為鋼箱梁，橋跨布置為37.5 m+50 m+37.5 m，相鄰第4 聯(lián)采用預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆混凝土連續(xù)箱梁，上部結(jié)構(gòu)橋跨布置為6×20 m，下部構(gòu)造為雙柱墩，基礎(chǔ)為摩擦樁，其中第21#、22#墩樁基長度均為20 m，樁徑為1.3 m。為探明第4 聯(lián)橋梁損傷情況，對其進(jìn)行外觀、專項檢測及結(jié)構(gòu)檢算。橋梁傾覆后現(xiàn)場照片如圖1 所示。

圖1 傾覆橋梁現(xiàn)場照片

2 外觀及專項檢查

第4 聯(lián)重點關(guān)注墩柱編號如圖2 所示，現(xiàn)場檢測情況如圖3 所示。

圖2 第4 聯(lián)重點關(guān)注墩柱編號

圖3 外觀檢測情況

第4 聯(lián)21#、22#、23#墩支座均存在支座串動，21-1#、22-1#支座存在大于5 cm 的滑動痕跡，23-1#支座移動10.0 cm，23-2#支座移動12.5 cm，同時23-1#支座地腳螺栓剪斷。

21#、22#墩開挖至樁基頂部約1 m 處，樁基未發(fā)現(xiàn)明顯病害。

主梁實測中心線與設(shè)計中心線最大處相差3.3 cm，主梁未見明顯平面變形[1]，23#墩墩頂最大橫向偏位為7.6 cm。主梁平面變形及墩柱偏位情況如圖4 所示。

圖4 第4 聯(lián)主梁及墩柱偏位示意圖

采用非金屬超聲儀對21#、22#墩進(jìn)行混凝土無損檢測[2]，測試其破損區(qū)域橫截面上裂縫深度，墩柱破損情況如圖5～圖6 所示。

圖5 21#墩柱裂縫及缺陷分布圖

圖6 22#墩柱裂縫及缺陷分布圖

3 受力機(jī)理研究

依據(jù)設(shè)計、規(guī)范等相關(guān)文件，結(jié)合外觀、實體檢測，偏位監(jiān)測等資料，推測第4 聯(lián)受力過程為：

1）第5 聯(lián)鋼箱梁傾覆過程中通過伸縮縫梳齒板及支座地腳螺栓帶動第4 聯(lián)向右側(cè)移動；

2）傾覆過程中23-1#支座地腳螺栓全部剪切破壞，轉(zhuǎn)換為雙向滑動支座；

3）鋼箱梁傾覆后側(cè)向支承在23#墩蓋梁，導(dǎo)致蓋梁右側(cè)被嚴(yán)重壓壞，推斷23#墩柱開裂主要由于梁體傾覆后造成。

4 結(jié)構(gòu)檢算

4.1 計算參數(shù)

第4 聯(lián)23-1#支座地腳螺栓尺寸為φ24 mm×300 mm，4 顆螺栓全部剪斷后，梁體與墩柱之間的水平力傳播途徑被切斷，因此，梁體所承受的最大水平力即為螺栓剪切極限承載力，按照Q235 鋼材抗剪強(qiáng)度為115 MPa 取值，僅考慮支座螺栓剪斷則第4 聯(lián)混凝土梁體所受水平力為208.1 kN。但綜合21#、22#墩柱底部內(nèi)側(cè)混凝土壓潰脫落，該位置產(chǎn)生的壓應(yīng)力大于30 MPa，并考慮地腳螺栓有一定安全儲備，第4 聯(lián)最大水平推力取為700 kN 計算。

根據(jù)現(xiàn)場墩柱豎直度測量結(jié)果，23#墩蓋梁強(qiáng)制位移可能為7.6 cm。根據(jù)23#墩蓋梁頂面支座與梁底面相對位移檢測結(jié)果推斷其橫向位移可能為12.5 cm。因此，計算分別采用7.5 cm和12.5 cm 強(qiáng)制位移分析23#墩柱及其樁基的受損情況[3]。第4聯(lián)整體結(jié)構(gòu)分析模型如圖7 所示。

圖7 第4 聯(lián)整體結(jié)構(gòu)分析模型圖

4.2 受力階段

驗算分成2 個受力階段考慮，第一階段，700 kN 水平力通過梁體傳遞至21#、22#墩及其他墩柱的階段。第二階段，伸縮縫梳齒板破壞或脫離，支座螺栓剪切斷裂，梁體所受水平力釋放，鋼箱梁傾覆后壓在23#墩蓋梁上，用強(qiáng)制位移7.5 cm 和12.5 cm 分別分析樁基的受損情況。

4.3 計算結(jié)果

21-1#、22-1#（在水平力作用下）、23-1#、23-2#墩柱（在23#墩頂7.5 cm 及12.5 cm 強(qiáng)制位移作用下）承載能力狀態(tài)計算內(nèi)力值大于抗力值，表明其承載能力不滿足規(guī)范要求，墩柱底部計算裂縫寬度范圍為0.30～0.91 mm，受拉區(qū)外緣鋼筋應(yīng)力均超過屈服應(yīng)力330 MPa，裂縫寬度及鋼筋拉應(yīng)力值均不滿足規(guī)范要求，鋼筋有屈服破壞風(fēng)險。

23-1#、23-2#（在23#墩頂7.5 cm 及12.5 cm 強(qiáng)制位移作用下）樁基承載能力狀態(tài)計算內(nèi)力值大于抗力值，表明其承載能力不滿足規(guī)范要求，23#墩蓋梁在強(qiáng)制位移12.5 cm 作用下，23-1#樁基、23-2#樁基裂縫寬度超限；受拉區(qū)外緣鋼筋應(yīng)力均超過屈服應(yīng)力330 MPa，裂縫寬度及鋼筋拉應(yīng)力值均不滿足規(guī)范要求，鋼筋有屈服破壞風(fēng)險。主要墩柱及樁基計算結(jié)果如表1 所示。

表1 主要墩柱及樁基計算結(jié)果

5 結(jié)語

1）本文通過對某傾覆橋梁相鄰橋跨外觀、專項檢測，推定該聯(lián)橋梁的受力破壞過程，并根據(jù)其破壞情況對破壞過程中受力狀況進(jìn)行分析，并將分析結(jié)果模擬成2 個受力階段分別對21#～23#橋墩及基礎(chǔ)進(jìn)行檢算。

2）21-1#、22-1#、23-1#、23-2#墩柱承載能力及裂縫寬度驗算均不滿足規(guī)范要求，計算裂縫寬度超限與現(xiàn)場檢測情況相符，說明該聯(lián)受力過程推定與現(xiàn)場情況相符，受力參數(shù)取值準(zhǔn)確。

3）該橋通過現(xiàn)場檢測情況進(jìn)行受力過程推定，并采用推定結(jié)果計算受力參數(shù)進(jìn)行承載力分析的方式為此類事故橋梁檢測提供思路，同時為之后的加固處治措施提供依據(jù)。