◎ 河北省秦皇島開發(fā)區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站 閆玉民

近幾年，我國(guó)的公路和城市道路橋梁相繼發(fā)生跨塌事故，為了保證橋梁處于完好的技術(shù)狀態(tài)，需要對(duì)使用中的橋梁進(jìn)行檢測(cè)和判定，檢測(cè)內(nèi)容通常包括：外觀檢查和實(shí)體檢測(cè)。外觀檢查包括：橋面系構(gòu)造的檢查，上部結(jié)構(gòu)的檢查，支座的檢查，墩臺(tái)與基礎(chǔ)的檢查。

實(shí)體檢測(cè)包括：砼強(qiáng)度及碳化深度檢查，主要結(jié)構(gòu)尺寸檢測(cè)，鋼筋保護(hù)層厚度和鋼筋銹蝕程度檢測(cè)，通過動(dòng)、靜載對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)。本文以102國(guó)道秦皇島湯河橋?yàn)槔榻B該橋的動(dòng)、靜荷載試驗(yàn)情況。

1、工程概況

102國(guó)道秦皇島湯河橋跨越湯河，歸屬秦皇島市城管局管理和養(yǎng)護(hù)。該橋?yàn)椴煌瑫r(shí)期修建的兩座并列的橋梁，上游橋（上行線—北橋）為1966年修建，下游橋（下行線—南橋）為1972年修建。

橋梁總長(zhǎng)為154.54m，結(jié)構(gòu)為13×11.5m簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)。橫向?yàn)樯?、下游橋并列，跨徑相同，相?.35m。下部結(jié)構(gòu)為雙柱式加蓋梁墩、臺(tái)，雙柱式鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，橋墩柱直徑分別為：上游橋0.8m；下游橋1.0m。橋面凈寬為：0.7m人行道（北側(cè)）+7.0m（車道）+3.35m分隔帶+凈9.0m（車道）+1.0m人行道（南側(cè)），為雙向四車道。

該橋橋面多處出現(xiàn)坑槽，橋跨結(jié)構(gòu)破損嚴(yán)重，疑屬危橋。

限于篇幅，在這里只介紹北橋的動(dòng)、靜荷載試驗(yàn)情況。

2．橋梁檢測(cè)

2.1 試驗(yàn)、檢測(cè)內(nèi)容

（1）橋跨結(jié)構(gòu)整體工作性能試驗(yàn)（荷載橫向分布）；

（2）主梁承載能力試驗(yàn)；

（3）主梁動(dòng)荷載試驗(yàn)。

2.2 主要儀器設(shè)備

（1）TST3821E 無線靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)；

（2）DY-3動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集處理分析系統(tǒng)；

（3）電子位移計(jì)、千分表。

2.3 橋梁編號(hào)與測(cè)點(diǎn)布置

自秦皇島市區(qū)方向（東）為0#橋臺(tái)；撫寧方向（西）為13#橋臺(tái)。橋墩依次為1#、2#、3#??????12#。

主梁編號(hào)為：自北向南，依次為1#、2#、3#、4#、5#。如北12-4在橋梁中的具體位置指北橋第12跨北起第4#梁（下同）。

根據(jù)橋梁檢測(cè)方案，結(jié)合橋梁現(xiàn)場(chǎng)觀察，該橋選擇具有代表性的第10跨、11跨作為橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)單元。

2.4 位移測(cè)點(diǎn)

簡(jiǎn)支梁支點(diǎn)、跨中截面點(diǎn)處各設(shè)位移傳感器測(cè)點(diǎn)。

測(cè)點(diǎn)布置為1#至5#梁梁肋處 (見圖2-1)。

2.5 應(yīng)變測(cè)點(diǎn)

分別在10跨、11跨北橋1#—2#工字梁梁肋跨中側(cè)面（圖2-2）布置混凝土應(yīng)變測(cè)點(diǎn)；距離理論支撐線40cm布置主應(yīng)力測(cè)點(diǎn)。

圖2-1 10跨、11跨撓度測(cè)點(diǎn)布置圖

圖2-2 10、11跨1#-2#梁混凝土應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置示意圖

2.6 加載方案

2.6.1 荷載橫向分布

單-20t跨中加載，荷載位置：1#偏；2#；3#；4#；5#偏。

2.6.2 橋梁承載力試驗(yàn)加載

加載車：20t加載車2輛；30t加載車2輛；42t加載車2輛。

加載工況：

表3-1 跨中位移橫向分布實(shí)測(cè)位移

（1）單20t偏載（偏1#梁）；單20t對(duì)稱（位于3#梁位）；

（2）雙20t偏載（偏1#梁）；雙20t對(duì)稱（對(duì)稱于3#梁）；

（3）雙30t偏載（偏1#梁）；雙30t對(duì)稱（對(duì)稱于3#梁）；

動(dòng)荷載試驗(yàn)：?jiǎn)?0t偏載、對(duì)稱分別以20km/h、40 km/h、60 km/h行駛。

3．靜荷載檢測(cè)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

3.1 橋跨結(jié)構(gòu)承載力試驗(yàn)

3.1.1 跨中荷載橫向分布

（1）各主梁的荷載橫向分布系數(shù)

1）根據(jù)數(shù)據(jù)文件的計(jì)算結(jié)果形成如下橫向分布系數(shù)計(jì)算說明書。

2）計(jì)算方法∶ 跨中截面按彈性支撐連續(xù)梁計(jì)算。

3）結(jié)構(gòu)描述∶ 人行道寬度：0.70m；行車道寬度：凈7.0m ；主梁肋間距：1.5m；主梁跨徑：11.5m；主梁數(shù)：5；車道數(shù)：2；外側(cè)翼緣寬度：0.80m；上翼緣平均厚度：0.15m；腹板寬度0.16m；工字梁部分高度0.60m，微彎板根部高0.2m。

4）活載信息

汽車荷載：汽車-15級(jí)；人群荷載：3.0KN/m2。

橫向分布系數(shù)計(jì)算結(jié)果∶

主梁號(hào) 汽車 人群

1 0.470 0.713

2 0.476 0.457

3 0.400 0.200

（2）測(cè)試結(jié)果

本試驗(yàn)是在橋面上加載汽車進(jìn)行的，各主梁位移測(cè)試結(jié)果如表3-1：

表3-2 荷載橫向分布影響線

從上表數(shù)據(jù)可以看出，偏載時(shí)荷載基本上在相鄰的3片梁之間傳遞，說明橋梁橫向剛度很弱。計(jì)算1#～5#主梁的荷載橫向分布系數(shù)影響線列表3-2。

整理的荷載橫向分布影響線如圖3-1、圖3-2。

實(shí)測(cè)結(jié)果表明：

1）實(shí)測(cè)各主梁跨中截面荷載橫向分布規(guī)律偏離按彈性支撐連續(xù)梁計(jì)算荷載橫向分布結(jié)果。

2）荷載主要在相鄰梁間傳遞荷載，相距較遠(yuǎn)的梁分擔(dān)荷載的能力很弱。實(shí)測(cè)邊主梁分布系數(shù)大。

3.1.2 主梁承載力試驗(yàn)

表3-3 荷載橫向分布系數(shù)匯總

（1）推算各主梁在加載條件下所受的彎矩如表3-4。

（2）試驗(yàn)荷載效率

靜載試驗(yàn)效率η（見表3-5）

試驗(yàn)荷載效率為0.96～1.18，對(duì)應(yīng)于最大彎矩的荷載試驗(yàn)效率為1.18，符合試驗(yàn)規(guī)程[4]要求。

（3）主梁加載撓度

跨中撓度實(shí)測(cè)值見表3-6

位移測(cè)試結(jié)果表明：加載效率符合《公路舊橋承載力鑒定方法》【6】要求，實(shí)測(cè)撓度校驗(yàn)系數(shù)0.621～1.280之間，橋跨結(jié)構(gòu)承載力已經(jīng)不能滿足20噸載重汽車要求。實(shí)際通行的汽車荷載不能超過15噸。

表3-4 加載實(shí)測(cè)跨中彎矩

表3-5 試驗(yàn)效率

3.1.3 混凝土應(yīng)力應(yīng)變

混凝土應(yīng)力應(yīng)變采用電阻應(yīng)變片、dataTaker DT615數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)檢測(cè)。本試驗(yàn)檢測(cè)第10跨、11跨跨中截面工字梁側(cè)面混凝土5個(gè)測(cè)點(diǎn)。各級(jí)荷載下的理論與實(shí)際情況下的應(yīng)變?nèi)缦拢?/p>

從以上測(cè)試結(jié)果看出，實(shí)測(cè)跨中最大應(yīng)變已超過計(jì)算值，說明橋梁的承載力不滿足汽車-15荷載要求；實(shí)際中性軸高度比理論中性軸高度偏高。應(yīng)力應(yīng)變圖如下（圖3-3），實(shí)測(cè)混凝土最大名義拉應(yīng)力 。

3.2.3 混凝土應(yīng)變檢測(cè)

圖3-1 北橋10跨荷載橫向分布影響線

圖3-2 北橋11跨荷載橫向分布影響線

圖3-3 偏載跨中截面應(yīng)力應(yīng)變圖

混凝土應(yīng)力應(yīng)變采用電阻應(yīng)變片、TST3821E 無線靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)檢測(cè)。本試驗(yàn)檢測(cè)第10跨、11跨跨中截面工字梁側(cè)面混凝土5個(gè)測(cè)點(diǎn)。各級(jí)荷載下的理論與實(shí)際情況下的應(yīng)變?nèi)缦拢ū?-9）：

表3-6 實(shí)測(cè)加載跨中撓度（mm）

表3-7 實(shí)測(cè)跨中撓度校驗(yàn)系數(shù)

表3-8 偏載加載混凝土應(yīng)變（×10-6）

表3-9 偏載加載混凝土應(yīng)變（×10-6）

從以上測(cè)試結(jié)果看出，實(shí)測(cè)跨中最大應(yīng)變接近于計(jì)算值，說明橋梁的承載力已超出設(shè)計(jì)荷載要求；實(shí)際中性軸高度比理論的偏高。應(yīng)力應(yīng)變圖如下（圖3-4），實(shí)測(cè)混凝土最大拉應(yīng)力 已經(jīng)遠(yuǎn)超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度，混凝土開裂。

3.4 橋梁承載力評(píng)定

經(jīng)過荷載試驗(yàn)和橋梁驗(yàn)算，橋跨結(jié)構(gòu)不滿足荷載要求。

（1）湯河橋不滿足承載力要求，發(fā)生嚴(yán)重橋梁事故的概率很大。一旦發(fā)生將是災(zāi)難性的。

（2）湯河橋的荷載通行能力：不滿足汽-10級(jí)荷載（原橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)）。

（3）實(shí)際橋梁通過的荷載已經(jīng)嚴(yán)重超載，并已經(jīng)對(duì)橋梁造成了實(shí)際的破壞。

圖3-4 偏載加載跨中截面應(yīng)力應(yīng)變圖

4．動(dòng)力性能測(cè)試與結(jié)果分析結(jié)果

本次檢測(cè)選取與靜載試驗(yàn)同跨（第10跨和第11跨）為試驗(yàn)對(duì)象。采用載重汽車（汽30t）行駛激振方式，行駛車速分別為20km/h； 40km/h；60 km/h，對(duì)稱行駛，采集其振動(dòng)特性，主要測(cè)試內(nèi)容包括：

(1) 橋梁自振頻率；

(2) 汽車沖擊系數(shù)。

測(cè)試儀器采用DY-3動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集處理分析系統(tǒng)、智能信號(hào)處理分析系統(tǒng)。

4.1 自振頻率與阻尼比試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

通過自譜分析獲得橋梁動(dòng)力性能。

4.1.1 北橋30t跑車試驗(yàn)

1）20Km/h的時(shí)域波形、自譜分析。

2）40Km/h的時(shí)域波形、自譜分析。

（2）結(jié)果分析

采用不同激振方式試驗(yàn)結(jié)果：

在脈動(dòng)時(shí)主要頻率成分為2.483～3.3.422Hz。阻尼比為0.036～0.111。

車載時(shí)主要頻率成分在5.8Hz左右；阻尼比為0.0123。

按《橋規(guī)》規(guī)定計(jì)算，海陽(yáng)橋橋跨結(jié)構(gòu)自振頻率為10.31Hz，實(shí)測(cè)結(jié)果小于計(jì)算值。阻尼比為0.121超出正常范圍（0.01～0.08）之間。橋梁實(shí)測(cè)頻率低于理論頻率，說明橋梁整體剛度較差。

圖4-1 截取后的脈動(dòng)時(shí)域波形

圖4-2 脈動(dòng)波形的自譜分析

圖4-3 20公里跑車試驗(yàn)波形和頻譜

表4-1 NV阻尼計(jì)法測(cè)得的各測(cè)點(diǎn)頻率值和阻尼比

圖4-4 40公里跑車試驗(yàn)波形和頻譜

表4-2 INV阻尼計(jì)法測(cè)得的各測(cè)點(diǎn)頻率值和阻尼比

圖4-5 應(yīng)變測(cè)量波形

圖4-6 40Km/h跑車時(shí)的應(yīng)變變化波形

4.2 沖擊系數(shù)試驗(yàn)測(cè)量

在動(dòng)應(yīng)變、動(dòng)位移測(cè)量中在六個(gè)測(cè)點(diǎn)中選擇信號(hào)較好的測(cè)點(diǎn)3（中梁的下端）進(jìn)行分析。

4.2.1 實(shí)測(cè)應(yīng)變波形如圖4-5

計(jì)算得到?jīng)_擊系數(shù)為：1.21

動(dòng)應(yīng)變測(cè)量結(jié)果：橋跨結(jié)構(gòu)汽車荷載沖擊系數(shù)為1.26。

4.3 結(jié)果分析

實(shí)測(cè)梁板荷載沖擊系數(shù)1+μ=1.17～1.22，橋梁實(shí)測(cè)基頻為3.54Hz時(shí)，汽車荷載沖擊系數(shù)為1.22，橋梁頻率低，橋面整體性能差。

從梁振動(dòng)頻率、動(dòng)荷載沖擊系數(shù)和結(jié)構(gòu)阻尼比實(shí)測(cè)結(jié)果來看，主梁自振頻率均勻差，與《規(guī)范》【2】計(jì)算值10.31Hz相比，結(jié)構(gòu)損傷較重，承載力下降。

5.橋跨結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

5.1 正截面抗彎承載力計(jì)算匯總

（1）按有翼緣板正截面計(jì)算

（2）按翼緣板不參與截面工作計(jì)算

5.2 斜截面抗剪承載力計(jì)算匯總

5.3 驗(yàn)算結(jié)果 北橋不滿足汽車-10級(jí)荷載要求

6.結(jié)果分析

（1）按《橋規(guī)》[1]驗(yàn)算，北橋不滿足汽-10荷載要求，極端情況下微彎板混凝土不參與工字梁受力，橋跨結(jié)構(gòu)不能滿足汽-10荷載要求。

（2）主梁支點(diǎn)截面抗剪承載力不能滿足荷載要求，主要原因是原設(shè)計(jì)工字梁腹板太?。?6cm），已嚴(yán)重超出了現(xiàn)在汽車荷載（公路—Ⅱ級(jí)）的要求。對(duì)橋梁安全危害極為嚴(yán)重。

（3）北橋不滿足《橋規(guī)》公路-Ⅱ荷載要求。

（4）公路-Ⅱ荷載是2004年《橋規(guī)》[2]荷載標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)役的任何橋梁的承載力不得低于公路-Ⅱ荷載要求。因此北橋均不滿足2004年《橋規(guī)》[2]荷載要求，判定為危橋。

表4-3 橋梁汽車荷載沖擊系數(shù)

結(jié)語(yǔ)

橋梁動(dòng)靜荷載試驗(yàn)在理論上基本成熟，在實(shí)際橋梁的檢測(cè)評(píng)估中得到了廣泛應(yīng)用。為新建橋梁和既有橋梁的承載能力評(píng)定提供了最有效和最直接的辦法，結(jié)果可靠正確，能夠利用其結(jié)果來判斷橋梁的安全狀況，為橋梁的評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

表5-1 有翼緣板抗彎承載力

表5-2 按翼緣板不參與工作抗彎承載力

表5-3 斜截面抗剪承載力