吳維彬 蔣凌杰 吳志隆 吳育後

摘要：文章以某箱肋拱橋擬提高荷載等級利用為背景，根據(jù)橋梁外觀檢測、特殊檢測及荷載試驗結果，結合橋梁所處環(huán)境條件，確定橋梁的承載能力檢算系數(shù)、惡化系數(shù)等參數(shù)，并應用承載能力檢算評定和荷載試驗評定的方法，評估橋梁現(xiàn)有承載能力是否滿足原設計標準和新荷載等級標準。

關鍵詞：箱肋拱橋;外觀檢測;特殊檢測;荷載試驗;承載能力檢算;承載能力評估

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，交通量也快速增加，部分道路通行能力已無法滿足實際需求，需要進行升級改造以提高荷載等級和通行能力。其中就涉及到沿線橋梁是否能繼續(xù)使用、部分利用、維修加固后利用或拆除重建等實際問題。

本文以某沿海二級路擬改造升級至公路Ⅰ級為背景，評估其沿線上某座箱肋拱橋現(xiàn)有承載能力是否滿足新標準要求，并據(jù)此提出合理化建議。本文僅對新橋部分現(xiàn)有承載能力進行評估，可為類似項目提供有益參考和借鑒。

1 橋梁概況

該橋為一座1×80m鋼筋混凝土箱型肋拱橋，主孔矢跨比為1/8。該橋舊橋部分始建于20世紀90年代初，原橋寬僅為8.5m，后經(jīng)2002-2003年拼寬改造，目前橋面布置為0.5m（防護欄）+11.25m（行車道）+2.0m（分隔帶）+11.25m（行車道）+0.5m（防護欄）。該橋上部結構新、舊橋采用相同的結構形式，相同的矢跨比和起拱線標高;下部結構采用重力式橋臺。舊橋設計荷載等級為：汽車-20級;新橋設計荷載等級為：汽車-超20級。主拱圈混凝土設計強度為：40號。橋梁立面圖、斷面圖見下頁圖1、圖2。

2 橋梁缺損狀況與材質狀況

新橋主拱圈缺失狀況與材質狀況概況如下：

（1）主要病害為：多處混凝土破損、露筋銹蝕和1道橫向裂縫。橫向裂縫位于R2號拱肋第5～6號基梁間中部底面，橫向貫通，寬0.07mm。

（2）混凝土實測強度評定標度范圍：3～5。

（3）鋼筋保護層厚度評定標度范圍：3～4。

（4）混凝土碳化深度、混凝土銹蝕電位評定標度均為1。

（5）橋梁跨越海灣隘口，環(huán)境具有侵蝕介質。

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/TJ21-2011）可計算確定檢算系數(shù)Z1=0.96，承載能力惡化系數(shù)ξe=0.1008。

3 橋梁荷載試驗

3.1 有限元分析

采用MidasCivil軟件對結構進行離散分析計算，主橋共劃分522個單元、490個節(jié)點。結構離散模型見圖3。

3.2 控制斷面及測試內(nèi)容

橋梁荷載試驗控制截面為拱腳A-A、C-C，1/4L跨斷面D-D、E-E，拱頂截面B-B。示意圖見圖4。

（1）拱肋撓度測點布置于拱肋底面拱腳、1/4L、拱頂，橋面撓度測點布置于防撞墻外側橋跨四分點位置。

（2）應變測點布置于控制斷面底面和頂面，其中動應變測點布置于控制斷面B、D、E底面。

（3）模態(tài)測點布置于右幅橋面中線1/4L、2/4L和3/4L處。

（4）試驗測試內(nèi)容為：控制斷面撓度和應變、自振頻率、阻尼比和沖擊系數(shù)。

3.3 加載效率

本次荷載試驗以汽車-20級作為控制荷載，加載效率見表1。

3.4 試驗結果

荷載試驗結果匯總如下：

（1）控制斷面主要撓度測點撓度校驗系數(shù)范圍：0.46～0.64，相對殘余撓度<20%;

（2）控制斷面主要應變測點應變校驗系數(shù)范圍：0.44～0.81，相對殘余應變<20%;

（3）實測沖擊系數(shù)在0.091～0.273之間;

（4）自振頻率及阻尼比見表2。

4 橋梁承載能力評定

檢算按橋梁原設計標準和新標準進行，并計入承載能力檢算系數(shù)、惡化系數(shù)、構件截面折減系數(shù)和鋼筋截面折減系數(shù)。

4.1 荷載取值

承載能力檢算考慮的荷載參數(shù)見表3。

4.2 承載能力檢算結果

根據(jù)荷載試驗結果，確定檢算系數(shù)Z2=1.045。

（1）承載能力極限狀態(tài)檢算

原標準檢算結果見表4，新標準檢算結果見表5。

由表4、表5可知，拱肋在承載能力極限狀態(tài)下，滿足原標準要求，但不滿足新標準要求。

（2）正常使用極限狀態(tài)檢算

在正常使用極限狀態(tài)下，拱肋撓度驗算結果同時滿足原標準和新標準要求。

5 結語

（1）該橋雖處于腐蝕環(huán)境運營約20年，但橋梁整體狀況較好，現(xiàn)有承載能力仍滿足原設計標準，整體劣化程度較低。

（2）該橋在公路-Ⅰ級荷載等級下，承載能力極限狀態(tài)檢算結果不滿足要求，即使采用經(jīng)荷載試驗結果修正的檢算系數(shù)Z2，跨中斷面抗力比仍僅為0.72，且拱腳抗力比僅為0.57。

（3）雖然該橋目前整體狀況較好，但受限于建造時期經(jīng)濟水平及交通量增長預期，橋梁原設計富余不足以在不采取任何措施的情況下提高荷載等級。

（4）考慮拆除重建一座大橋需要花費大量人力、物力和財力，建議對該橋進行維修加固后再利用。

參考文獻：

[1]JTGD60-2015，公路橋涵設計通用規(guī)范[S].

[2]JTJ021-89，公路橋涵設計通用規(guī)范[S].

[3]JTJ023-85，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋梁設計規(guī)范[S].

[4]JTGD62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].

[5]JTG/TJ21-2011，公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程[S].

[6]JGJ/T23-2011，回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規(guī)程[S].

[7]JTG/TH21-2011，公路橋梁技術狀況評定標準[S].

[8]JTG/TJ21-2015，公路橋梁荷載試驗規(guī)程[S].

[9]宋一凡，賀栓海.公路橋梁荷載試驗與結構評定[M].北京：人民交通出版社，2002.

[10]顧安邦，向中富.橋梁工程（下冊）[M].北京：人民交通出版社，2001.