孟屯良

(中交通力建設股份有限公司，陜西 西安 710075；長安大學公路學院，陜西 西安 710064)

設計資料缺失的橋梁承載力確定

孟屯良

(中交通力建設股份有限公司，陜西 西安 710075；長安大學公路學院，陜西 西安 710064)

對于設計資料缺失的橋梁，通過結構尺寸及鋼筋配置情況初步確定了橋梁的荷載等級，并對截面驗算結果與規(guī)范限值進行了比較，初步得出了橋梁試驗荷載，最后通過靜載試驗的方法確定了橋梁的實際承載能力，為橋梁維修養(yǎng)護提供可靠依據(jù)。

橋梁；承載力；荷載

某橋跨徑布置為(5×14)m+(5×14)m+(2×7)m+(3×7)m，橋梁總長為180m，橋面總寬為0.5m(防撞護欄)+7.5m(行車道)+0.5m(防撞護欄)。上部結構14m跨采用鋼筋混凝土簡支T梁，單幅橋共5片梁，7m跨為整體現(xiàn)澆實心板。由于長期養(yǎng)護欠缺，橋面出現(xiàn)沉降等嚴重病害，直接影響橋梁正常使用，需要了解該橋的實際承載能力并判斷其是否需要加固、維修等。該橋建設于1970年，由于建成年代較久，相關設計、施工資料無法收集。而實現(xiàn)對服役期橋梁結構承載能力評定最有效、最直接的方法就是橋梁荷載試驗。為檢驗該橋的結構性能及服務功能，筆者選用5×14m聯(lián)進行結構靜載試驗與評價。

1 荷載試驗

1)試驗目的 試驗目的在于檢驗橋跨結構在試驗荷載作用下的實際受力狀態(tài)和工作狀態(tài)，評價結構的力學特性和工作性能，檢驗結構的承載能力是否能滿足設計標準；通過靜力試驗掌握橋梁控制截面受力特性和實際承載能力，說明工程的安全性和可靠性，為橋梁維修養(yǎng)護提供技術資料[1]。

2)應變、撓度測點布置 根據(jù)橋梁結構形式，采用橋梁結構有限元專用分析程序?qū)υ摌蜻M行結構靜力分析，確定橋梁靜載試驗控制斷面取第3跨L/2處(L為跨徑)。①應變測點布置。選擇在T梁腹板外側(cè)和鋼筋底緣處布置應變測點，沿縱橋向布置于控制斷面。每個斷面各布置34個應變(應力)測點(不包括溫度補償片)，分別布置于T梁翼緣板下緣、腹板外側(cè)以及鋼筋底緣。在每個測試斷面位置布置一個溫度補償片，用于抵消溫度變化對測試應變(應力)的影響。②撓度測點布置。撓度測點設在T梁底面，采用在橋下搭設測設支架的方法。在測設支架上安裝百分表，觀測結構豎向變位。測試斷面沿順橋向布置于0.0L、L/4、L/2、3L/4和1.0L截面。除L/2斷面布置5個撓度測點(各片梁均布設1個)外，其余各斷面均只在2#梁和3#梁底布置2個撓度測點，各撓度測點均位于T梁腹板下緣。

3)試驗荷載及加載效率 該橋設計資料缺失，無法獲取設計荷載信息。在試驗中首先在梁體斷面開槽確定其配筋情況，根據(jù)截面尺寸及鋼筋配置，并結合其他同年代、同等級橋梁設計荷載采用情況，初步假定設計荷載為汽車-15級，掛車-80，然后采用專業(yè)軟件進行截面強度驗算、抗裂驗算、內(nèi)力與位移計算，再將驗算結果與規(guī)范限值進行對比，確定橋梁實際設計荷載相當于汽車-15級，掛車-80。

為了保證試驗的有效性，根據(jù)各測試截面的內(nèi)力與撓度影響線，按最不利位置加載，在保證各測試截面靜載試驗效率η至少達到0.80以上的條件下，經(jīng)計算確定靜載試驗共需用300kN(車重+荷重)載重汽車4輛。

4)試驗工況及加載位置 按各測試截面的最不利效應進行布載，共分為2種試驗荷載工況：①工況1?？v橋向按L/2截面彎矩、撓度最不利位置布載，橫橋向為中載布置；②工況2?？v橋向按L/2截面彎矩、撓度最不利位置布載，橫橋向為偏載布置。

2 靜載試驗

由于橋梁設計荷載信息缺失，加載荷載是根據(jù)截面驗算結果確定，因此在加載過程中需加強對梁體各個驗算截面的觀測，判斷橋梁對加載荷載的響應。

試驗前對每輛車都嚴格過磅，記錄下各輛車的實際總重、軸重和軸間距。然后根據(jù)荷載工況進行加載試驗：①對各工況的每一次加載，載重汽車加載到位后，關閉發(fā)動機并持續(xù)5min以上，待數(shù)據(jù)完全穩(wěn)定后進行記錄采數(shù)，卸載5～10min再進行重復加載，以便使結構恢復彈性變形，減小塑性殘余變形；②各工況均采用分級加載，橫橋向按每排一輛試驗車遞增加載，每工況按2級加載；③現(xiàn)場試驗中各工況保證有2個平行試驗，即重復2次試驗，并在試驗中對重要測點數(shù)據(jù)與理論值及時進行分析比較。

3 試驗結果及分析

1)分析方法 鋼筋混凝土受彎構件受力進入第Ⅱ工作階段的特征是彎曲豎向裂縫已形成并開展，中和軸以下大部分混凝土已退出工作，由鋼筋承受拉力，鋼筋應力還遠小于其屈服強度，受壓區(qū)混凝土的壓應力圖形大致是拋物線。而受彎構件的荷載-撓度(跨中)關系曲線是一條接近于直線的曲線。因而，鋼筋混凝土受彎構件的第Ⅱ工作階段又可稱為開裂后彈性階段。因此筆者在計算截面應變和撓度時均采用開裂截面慣性矩，但實際上并非中和軸以下的混凝土均已退出工作，所以截面的實際應變和撓度應介于用開裂截面慣性矩和全截面慣性矩計算的應變和撓度之間[2]。

2)應變與撓度 圖1和圖2分別是工況1荷載作用下和工況2荷載作用下L/2截面底層鋼筋應變理論值與實測值比較圖，圖3和圖4分別是工況1荷載作用下和工況2荷載作用下2#梁縱向撓度理論值與實測值比較圖。從圖中可知，在相當于設計荷載效應的車輛荷載作用下，L/2截面主要測點應變校驗系數(shù)在中載下在0.30～0.46之間，平均值為0.38；在偏載下在0.23～0.59之間，平均值為0.43；以上校驗系數(shù)均在T梁應變校驗系數(shù)常值范圍內(nèi)，T梁各測點殘余應變較小。L/2截面撓度校驗系數(shù)在中載下在0.23～ 0.31之間，在偏載下在0.17～0.39之間；以上校驗系數(shù)均在T梁撓度校驗系數(shù)常值范圍內(nèi)。

圖1 工況1荷載作用下L/2截面底層鋼筋應變理論值與實測值比較圖 圖2 工況2荷載作用下L/2截面底層鋼筋應變理論值與實測值比較圖

3)裂縫 在工況1作用下2#主梁跨中截面腹板發(fā)現(xiàn)U型橫向貫穿裂縫，個別部位裂縫寬度達到0.25mm；2#主梁距跨中15cm截面腹板發(fā)現(xiàn)長度為52mm的裂縫，個別部位裂縫寬度達到0.18mm；2#主梁距跨中25cm截面腹板發(fā)現(xiàn)長度為500mm的裂縫，個別部位裂縫寬度達到0.18mm；4#主梁距跨中70cm截面腹板發(fā)現(xiàn)長度為700mm的裂縫，個別部位裂縫寬度達到0.15mm。

在工況2作用下2#主梁距跨中15cm截面腹板處的最大裂縫寬度擴展到0.3mm；2#主梁距跨中25cm截面腹板處的最大裂縫寬度擴展到0.25mm；2#主梁距跨中75cm截面腹板發(fā)現(xiàn)長度為120mm的裂縫，個別部位裂縫寬度達到0.18mm；4#主梁距跨中70cm截面腹板處的最大裂縫寬度擴展到0.17mm。

圖3 工況1荷載作用下2#梁縱向撓度理論值與實測值比較圖 圖4 工況2荷載作用下2#梁縱向撓度理論值與實測值比較圖

各工況試驗荷載作用下裂縫寬度發(fā)展趨勢如圖5和圖6所示。由圖5、圖6可看出，在相當于設計荷載效應的車輛荷載作用下，L/2截面裂縫寬度在中載下最大裂縫寬度達到0.25mm，在偏載下最大裂縫寬度達到0.3mm，已超過規(guī)范中規(guī)定的裂縫最大寬度容許值0.2mm；表明橋梁已不能滿足使用階段要求。通過各工況試驗荷載作用下裂縫寬度發(fā)展趨勢圖分析，通過該橋的車輛的最大噸位應限制在25t(車重+貨重)以下。

圖 5 工況1作用下2#主梁裂縫寬度發(fā)展趨勢 圖6 工況2作用下2#主梁裂縫寬度發(fā)展趨勢

4 結 語

通過橋梁斷面尺寸及鋼筋布置情況初步確定設計荷載，然后采用軟件驗算各個截面荷載響應情況，并與規(guī)范限值進行比較確定了設計資料缺失橋梁的設計荷載等級，并在此基礎上進行荷載試驗，得出了主梁結構在相當于設計荷載的試驗荷載作用下不能滿足使用階段要求，應及時進行維護，將過橋車輛總重限制在25t以下，為橋梁運營部門提供了橋梁維修加固以及限載的科學依據(jù)。

[1]中華人民共和國行業(yè)標準，JTJ023-85 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].

[2] 中華人民共和國行業(yè)標準，公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程(報批稿) [S].

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.06.049

U446.3;U441

A

1673-1409(2012)06-N151-03