鄭杰

摘要：針對(duì)某橋梁病害失效問(wèn)題，對(duì)橋梁的外觀和材質(zhì)情況進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)擬更換T梁處的蓋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全評(píng)估。根據(jù)理論分析結(jié)果確定蓋梁測(cè)點(diǎn)布置和加載工況，通過(guò)載荷試驗(yàn)分析偏載工況和正載工況下蓋梁結(jié)構(gòu)的撓度和應(yīng)變結(jié)果。理論分析和試驗(yàn)結(jié)果均表明，該橋跨實(shí)際承載能力仍滿足正常承載要求，可繼續(xù)使用。

關(guān)鍵詞：橋梁; 蓋梁; 載荷試驗(yàn); 承載能力; 撓度; 應(yīng)變

中圖分類號(hào)：U448.213; TP202.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Bearing capacity evaluation on bridge capping beam

based on load test

ZHENG Jie

（Zhengzhou Highway Administration Bureau Zhengzhou 450015 China）

Abstract：

As toa bridge failure problem the appearance and material condition of the bridge is checked and the safety assessment of cover beam structure at the location of T beam which is planned to be replaced is carried out. Based on the theoretical analysis results the layout of measuring points and loading conditions of capping beam are determined. The deflection and strain results of the capping beam structure under unbalanced load and normal load conditions are analyzed by load test. Both theoretical analysis and experimental results show that the actual bearing capacity of the bridge span still meets the normal bearing requirements and the capping beam can go on active service.

Key words：

bridge; capping beam; load test; bearing capacity; deflection; strain

0?引?言

某公路橋梁位于G207國(guó)道上，設(shè)計(jì)載荷等級(jí)為I級(jí)，由于T梁病害較嚴(yán)重，擬對(duì)上部梁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行更換。為確定更換方法，對(duì)蓋梁性能進(jìn)行分析，驗(yàn)證蓋梁在當(dāng)前狀態(tài)下的承載能力和使用性能。

該橋梁左右幅設(shè)置，全長(zhǎng)為84.50 m，單幅寬為8.00 m，右幅上部結(jié)構(gòu)為4×20.00 m T梁，先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)，單跨為7片。橋梁下部為樁柱式墩臺(tái)，橋墩均采用普通板式橡膠支座，橋臺(tái)采用四氟滑板式橡膠支座，采用D80伸縮縫，橋梁結(jié)構(gòu)示意見圖1。

20.00 m小箱梁梁高1.20 m，原T梁的梁高為1.30 m，高度較為接近，故初步設(shè)計(jì)將原T梁更換為小箱梁，同時(shí)根據(jù)最新規(guī)范要求，兩側(cè)加裝防撞護(hù)欄。因?yàn)樾∠淞航Y(jié)構(gòu)質(zhì)量比原T梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量大，所以對(duì)橋墩和蓋梁的承載要求更高。橋墩結(jié)構(gòu)在服役過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)明顯沉降和偏移，可考慮1.25倍的承載能力提高量，滿足承載要求，因此本文僅對(duì)蓋梁性能進(jìn)行分析。[13]

1?外觀檢測(cè)和標(biāo)度評(píng)定

為在模擬過(guò)程中充分體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的服役狀態(tài)和材質(zhì)變化對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響，對(duì)橋梁外觀質(zhì)量和材質(zhì)狀況進(jìn)行分析。

1.1?外觀檢查結(jié)果

根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T H21—2011）[4]要求對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行外觀檢測(cè)，主要存在以下病害：

（1）部分墩頂、蓋梁、腹板，尤其是跨中部位，存在不同程度的裂縫，腹板跨中最為嚴(yán)重，達(dá)到崩裂程度;

（2）伸縮縫橫向開裂，錨固區(qū)混凝土開裂，橋臺(tái)多處存在滲水現(xiàn)象;

（3）支座脫空、缺失，最嚴(yán)重處鋪裝層錯(cuò)臺(tái)，3號(hào)橋墩墩頂跳車嚴(yán)重。

1.2?結(jié)構(gòu)材質(zhì)狀況抽測(cè)結(jié)果

為在模擬分析中充分考慮材質(zhì)變化狀況對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響，需要檢測(cè)結(jié)構(gòu)材質(zhì)狀態(tài)，如混凝土抗壓強(qiáng)度、鋼筋銹蝕電位、混凝土電阻率、鋼筋混凝土保護(hù)層厚度和混凝土碳化深度等[56]，并與《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）[7]對(duì)比分析，進(jìn)行標(biāo)度評(píng)定。蓋梁材質(zhì)狀況檢測(cè)結(jié)果見表1。

混凝土實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度為20.98 MPa，評(píng)定標(biāo)度為1，說(shuō)明蓋梁混凝土實(shí)際強(qiáng)度處于良好狀態(tài)。蓋梁鋼筋銹蝕最小電位為-373 mV，評(píng)定標(biāo)度為3，說(shuō)明蓋梁鋼筋銹蝕概率大于90%?；炷磷钚‰娮?/p>

率為99 kΩ·cm，評(píng)定標(biāo)度為1，說(shuō)明蓋梁混凝土電阻率引起鋼筋的銹蝕速度很慢。鋼筋混凝土保護(hù)層厚度實(shí)測(cè)為20.2 mm，略大于設(shè)計(jì)厚度值，評(píng)定標(biāo)度為1，說(shuō)明鋼筋混凝土保護(hù)層厚度對(duì)鋼筋銹蝕沒(méi)有影響。混凝土最大碳化深度為16.5 mm，小于設(shè)計(jì)和實(shí)測(cè)混凝土保護(hù)層厚度值，評(píng)定標(biāo)度為1，說(shuō)明當(dāng)前混凝土碳化深度對(duì)鋼筋銹蝕未造成影響。

2?載荷試驗(yàn)工況分析

通過(guò)載荷試驗(yàn)確定橋梁蓋梁的承載能力，需要確定加載工況和測(cè)試截面。

2.1?加載工況及其布置

2.1.1?加載工況分析

載荷試驗(yàn)的主控截面為蓋梁跨中截面[4，8]，加載汽車質(zhì)量依據(jù)主控截面試驗(yàn)載荷效率和實(shí)際載荷情況確定為三軸40.0 t車輛。采用MIDAS Civil 進(jìn)行模擬，控制載荷按照公路I級(jí)載荷等效計(jì)算。以蓋梁跨中截面處蓋梁的最大彎矩為例，不同工況下靜載荷試驗(yàn)載荷效應(yīng)與控制載荷效應(yīng)對(duì)比見表2，其中：載荷效率η=試驗(yàn)載荷下的計(jì)算值÷控制載荷下的最不利值。

由表2可知，測(cè)試截面在試驗(yàn)載荷下的彎矩效應(yīng)值均達(dá)到設(shè)計(jì)載荷效應(yīng)的0.95以上，符合《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》（JTG/T J2101—2015）[8]對(duì)載荷效率滿足0.95～1.05的要求，可保證載荷試驗(yàn)的有效性。

2.1.2?加載工況布置

根據(jù)I級(jí)公路要求，確定加載車輛載荷布置見圖2，其中圖2a）為1#蓋梁跨中截面偏載彎矩最不利位置布載，圖2b）為1#蓋梁跨中截面正載彎距最不利位置布載。

3.2?測(cè)試截面選擇及測(cè)點(diǎn)布置

2.2.1?測(cè)試截面選擇

由于3#蓋梁處支座脫空造成橋面鋪裝錯(cuò)臺(tái)，且跳車現(xiàn)象嚴(yán)重，說(shuō)明橋梁連續(xù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)破壞，所以選擇1#蓋梁進(jìn)行載荷試驗(yàn)，觀測(cè)不同工況條件下控制截面的撓度、應(yīng)變和裂縫展開情況。設(shè)置正載和偏載2種工況，試驗(yàn)控制截面為AA截面、BB截面和CC截面，見圖3。

2.2.2?蓋梁撓度測(cè)點(diǎn)布置

采用靜態(tài)撓度計(jì)測(cè)量蓋梁控制截面撓度，具體測(cè)點(diǎn)布置見圖4中W1、W2、W3。

2.2.3?應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置

采用振弦式應(yīng)變計(jì)測(cè)量混凝土的應(yīng)變，應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置示意見圖5。

3?靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1?測(cè)點(diǎn)豎向撓度分析

載荷試驗(yàn)測(cè)量豎向撓度，結(jié)果見表3和圖6。

從表3和圖6可知：在2種工況載荷作用下，控制截面各測(cè)點(diǎn)撓度最大校驗(yàn)系數(shù)為0.56，最小校驗(yàn)系數(shù)為0.04，均小于規(guī)范規(guī)定的最大值0.90，說(shuō)明該橋跨實(shí)際剛度滿足設(shè)計(jì)要求;控制截面測(cè)點(diǎn)最大殘余變形為12.50%，小于20%，說(shuō)明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。各測(cè)點(diǎn)撓度變化趨勢(shì)與理論分析一致，但均小于理論值，說(shuō)明結(jié)構(gòu)具有較大的安全冗余，具備繼續(xù)承載的能力。[9]

3.2?測(cè)點(diǎn)應(yīng)變分析

載荷試驗(yàn)測(cè)量應(yīng)變，結(jié)果見表4和圖7，其中：負(fù)值表示壓應(yīng)變，正值表示拉應(yīng)變。

從表4和圖7可以看出：在2種工況載荷作用下，各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變最大校驗(yàn)系數(shù)為0.48，最小校驗(yàn)系數(shù)為0.24，均小于0.90;考慮蓋梁受墩柱與蓋梁連接處剛域效應(yīng)的影響，實(shí)際校驗(yàn)系數(shù)比實(shí)測(cè)值要大，但仍在鋼筋混凝土橋梁的校驗(yàn)系數(shù)容許范圍內(nèi)，說(shuō)明該橋?qū)嶋H承載能力滿足設(shè)計(jì)要求，具有較大的安全冗余;各測(cè)點(diǎn)的最大殘余應(yīng)變?yōu)?5.63%，小于20%，說(shuō)明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀況。各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變變化趨勢(shì)與理論分析一致，但均小于理論計(jì)算值，說(shuō)明結(jié)構(gòu)具有繼續(xù)承載的能力。[10]

4?結(jié)?論

對(duì)某橋梁進(jìn)行外觀檢測(cè)、材質(zhì)狀況分析、結(jié)構(gòu)檢算和載荷試驗(yàn)，得到以下結(jié)論：

（1）試驗(yàn)實(shí)測(cè)蓋梁跨中撓度校驗(yàn)系數(shù)范圍為0.07～0.56，滿足規(guī)范中撓度變形不大于0.90的規(guī)定，說(shuō)明蓋梁總體剛度滿足正常使用要求。

（2）試驗(yàn)實(shí)測(cè)各控制截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)范圍為0.24～0.48，滿足規(guī)范中應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)不大于0.90的規(guī)定，說(shuō)明該橋各控制截面的彈性滿足正常使用要求。

（3）試驗(yàn)蓋梁控制截面各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變殘余變形在1.25%～15.63%區(qū)間，撓度殘余在3.45%～12.50%區(qū)間，滿足規(guī)范中兩者均應(yīng)在20%以內(nèi)的規(guī)定，說(shuō)明該橋變形恢復(fù)狀況良好，滿足正常承載要求。

綜上所述，蓋梁結(jié)構(gòu)能夠滿足當(dāng)前載荷工況下的承載能力要求，且具有繼續(xù)承載的能力。

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