劉伯奇

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

近幾十年來(lái)，我國(guó)道路交通事業(yè)蓬勃發(fā)展。而隨著時(shí)間的推移，橋梁在服役期間，在自然環(huán)境和荷載的共同作用下，橋梁會(huì)產(chǎn)生病害、損壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響到正常使用甚至發(fā)生安全事故。為了保證橋梁結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)營(yíng)，需要對(duì)橋梁進(jìn)行一定的維修、加固及改造。在對(duì)橋梁進(jìn)行維修、加固或改造之前往往需要對(duì)病害橋梁進(jìn)行綜合評(píng)定。

裝配式空心板橋由于其預(yù)制、安裝、施工工藝簡(jiǎn)單、工程造價(jià)較低，同時(shí)板橋具有建筑高度小等優(yōu)點(diǎn)，所以在中小跨徑橋梁中得到廣泛應(yīng)用。但從已建成橋梁的運(yùn)營(yíng)狀況來(lái)看，也存在一些較為典型的病害。通過(guò)對(duì)廣東省內(nèi)多條高速公路以及深圳市內(nèi)部分市政裝配式混凝土空心板梁工作狀況進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)引起裝配式板橋結(jié)構(gòu)承載能力不足的原因:一是由于主梁自身的強(qiáng)度不足導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體承載能力不足;二是由于橫向聯(lián)系(鉸縫)偏弱，或鉸縫受損甚至破壞，造成結(jié)構(gòu)各主梁協(xié)同受力能力下降，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力下降。

目前，我國(guó)大部分于20世紀(jì)70—90年代建造的橋梁仍在使用中，而當(dāng)時(shí)橋梁設(shè)計(jì)荷載水平較低，該荷載水平已不能適應(yīng)日益增長(zhǎng)車流量的需要，使得舊橋加固維修工作的重要性也日益突顯。在維修加固前，一般對(duì)結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，為橋梁的加固和改造提供數(shù)據(jù)支持。筆者在板梁結(jié)構(gòu)的評(píng)估工作中發(fā)現(xiàn)，僅通過(guò)常規(guī)的靜動(dòng)力荷載試驗(yàn)有時(shí)很難發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)存在的一些問(wèn)題。但如果輔助以橫向分布測(cè)試，則可以使評(píng)估結(jié)果更加準(zhǔn)確。本文以一座實(shí)橋的試驗(yàn)評(píng)估介紹這一方法。

1 工程概況

深圳市某公路上有一座跨徑為10 m的裝配式混凝土空心板梁橋。該橋分左幅和右幅，上部結(jié)構(gòu)單幅橋橫向布置9片鋼筋混凝土板梁，梁高45 cm、寬1.2 m，梁間采用35 cm的長(zhǎng)鉸縫連接，現(xiàn)澆層鋪裝層設(shè)計(jì)厚度為10 cm，見圖1。該橋計(jì)算跨徑為9.6 m，橋面凈寬10.5 m。空心板梁及鉸縫采用C40混凝土，橋面鋪裝采用C30混凝土，普通鋼筋采用Ⅰ級(jí)。相關(guān)部門擬對(duì)該橋所處路段進(jìn)行拓寬改造，本橋原設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽超-20，掛-120，改造后為公路-Ⅰ級(jí)。

圖1 空心板梁橫向布置(單位:cm)

2 試驗(yàn)評(píng)定

選取病害較為嚴(yán)重的左幅橋進(jìn)行橫向分布系數(shù)測(cè)試、常規(guī)靜載試驗(yàn)測(cè)試以及動(dòng)載測(cè)試。

2.1 橫向分布系數(shù)測(cè)試

橫向分布測(cè)試在1#～9#梁跨中部位各布置一個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)，采用一輛加載車進(jìn)行測(cè)試，測(cè)點(diǎn)布置及加載輪位如圖2所示。

圖2 橫向分布測(cè)試測(cè)點(diǎn)布置及加載輪位

由各測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)位移值推算得到各片梁的實(shí)測(cè)荷載橫向分布，及按鉸接板法計(jì)算的相應(yīng)荷載橫向分布理論值，如圖3。從圖3可以看出，實(shí)測(cè)影響線數(shù)值與理論值存在一定的差異，實(shí)測(cè)影響線峰值均大幅超過(guò)了理論計(jì)算值，影響線在6#梁與7#梁位置出現(xiàn)突變，說(shuō)明各梁間聯(lián)系相對(duì)理論計(jì)算值偏弱，6#梁與7#梁間鉸縫可能已經(jīng)破壞。

圖3 橫向分布影響線實(shí)測(cè)值與理論值對(duì)比

2.2 常規(guī)靜載試驗(yàn)

2.2.1 測(cè)點(diǎn)布置

該橋?yàn)楹?jiǎn)支結(jié)構(gòu)，測(cè)試截面選取跨中截面(A截面)進(jìn)行。在7#～9#板測(cè)試截面底板處分別布置應(yīng)力測(cè)點(diǎn)和撓度測(cè)點(diǎn)。應(yīng)力測(cè)點(diǎn)處布置振弦式應(yīng)變計(jì)，撓度測(cè)點(diǎn)處布置百分表，測(cè)點(diǎn)布置見圖4。

2.2.2 加載值的確定及加載方法

采用分級(jí)加載的方式。由于該橋原設(shè)計(jì)荷載為汽超-20，掛-120，改造后為公路-Ⅰ級(jí)，在加載時(shí)分別考慮兩種荷載等級(jí)，在加載值達(dá)到原設(shè)計(jì)荷載等級(jí)后分兩級(jí)加載至改造后荷載等級(jí)，并在加載過(guò)程中注意各測(cè)試參數(shù)的變化以保證試驗(yàn)安全。通過(guò)荷載等效的方式加載，利用Midas Civil建立結(jié)構(gòu)有限元模型計(jì)算得到本橋靜載試驗(yàn)采用4輛約40 t的重車進(jìn)行加載，加載示意見圖5。

2.2.3 測(cè)試結(jié)果

圖4 測(cè)點(diǎn)布置示意(單位:cm)

在最大級(jí)試驗(yàn)荷載作用下，實(shí)測(cè)7#～9#梁A截面下緣混凝土平均拉應(yīng)變分別為 307×10－6，303×10－6，201 ×10－6，理論計(jì)算值分別為657 ×10－6，642 ×10－6，598 × 10－6，應(yīng)變(或應(yīng)力)校驗(yàn)系數(shù)分別為0.467，0.472，0.336，滿足《評(píng)定規(guī)程》中鋼筋混凝土板橋0.3～0.7的要求。如果按照全截面受力計(jì)算應(yīng)變值分別為243 ×10－6，221 ×10－6，214 ×10－6，可以看出板梁目前已出現(xiàn)開裂但較接近全截面受力狀態(tài)。另外，從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，各測(cè)點(diǎn)卸載工況下殘余數(shù)值較小，卸載后應(yīng)變相對(duì)殘余均不大于20%，表明截面處于彈性工作狀態(tài)。

圖5 跨中截面加載示意(單位:m)

2.3 動(dòng)載試驗(yàn)

2.3.1 測(cè)點(diǎn)布置

在跨中部位1#梁與9#梁對(duì)應(yīng)橋面處分別布置縱向及豎向拾振器，測(cè)點(diǎn)布置見圖6。

圖6 動(dòng)載試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置

2.3.2 測(cè)試內(nèi)容

測(cè)試內(nèi)容主要包括脈動(dòng)試驗(yàn)、跑車試驗(yàn)、跳車試驗(yàn)及制動(dòng)試驗(yàn)。其中跑車試驗(yàn)及跳車試驗(yàn)分別在靠近S1測(cè)點(diǎn)及靠近S2測(cè)點(diǎn)附近車道各進(jìn)行兩次，對(duì)兩次測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

2.3.3 測(cè)試結(jié)果

①實(shí)測(cè)自振頻率為13.38 Hz，理論計(jì)算值為7.78 Hz，實(shí)測(cè)值大于理論計(jì)算值。②行車試驗(yàn)結(jié)果表明，在行車狀況下跨中豎向測(cè)點(diǎn)S1，S2的最大振動(dòng)響應(yīng)單峰值分別為1.402 3 mm，0.188 0 mm，S1測(cè)點(diǎn)所測(cè)得值均遠(yuǎn)大于S2測(cè)點(diǎn)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)個(gè)別鉸縫連接較弱，與靜載試驗(yàn)所得的結(jié)論一致。結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)隨車速的增大而增大。③在跳車工況下跨中S1，S2測(cè)點(diǎn)最大豎向振幅分別為4.801 7 mm，0.722 4 mm(單峰值)，測(cè)試結(jié)果較行車明顯增大。S1測(cè)點(diǎn)所測(cè)得值遠(yuǎn)大于S2測(cè)點(diǎn)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)個(gè)別鉸縫連接較弱，與靜載試驗(yàn)所得的結(jié)論一致。④制動(dòng)工況下，跨中Z1，Z2測(cè)點(diǎn)縱向振動(dòng)幅值(單峰值)分別為0.033 4 mm，0.050 6(跨中制動(dòng))，數(shù)值均較小。

2.4 試驗(yàn)小結(jié)

通過(guò)對(duì)該橋的橫向分布系數(shù)測(cè)試、常規(guī)靜載試驗(yàn)以及動(dòng)載試驗(yàn)主要可以得到以下結(jié)論:①?gòu)臋M向分布測(cè)試結(jié)果來(lái)看，6#與7#梁間鉸縫已經(jīng)失效;②結(jié)構(gòu)主控截面的承載能力試驗(yàn)表明，試驗(yàn)的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求和試驗(yàn)規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)承載能力、結(jié)構(gòu)剛度滿足要求;③在行車及跳車工況下S1測(cè)點(diǎn)所測(cè)得值均遠(yuǎn)大于S2測(cè)點(diǎn)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)個(gè)別鉸縫連接較弱，與橫向分布系數(shù)測(cè)試所得的結(jié)論一致。

3 結(jié)語(yǔ)

單從常規(guī)靜載試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看結(jié)構(gòu)基本上能滿足結(jié)構(gòu)改造后設(shè)計(jì)荷載等級(jí)的要求，但是結(jié)合橫向分布系數(shù)測(cè)試以及動(dòng)載試驗(yàn)的結(jié)果可知結(jié)構(gòu)的個(gè)別鉸縫已經(jīng)失效。這樣形成單板受力對(duì)主梁的受力是不利的。利用本文的方法可以對(duì)裝配式空心板梁進(jìn)行更為全面的評(píng)定，可以為后期的維修、加固及改造工作提供有效的數(shù)據(jù)。

［1］張勁泉，王文濤.橋梁檢測(cè)與加固手冊(cè)［M］.北京:人民交通出版社，2007.

［2］姚玲森.橋梁工程［M］.2 版.北京:人民交通出版社，2008.

［3］中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.JTG/T J21—2011 公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程［S］.北京:人民交通出版社，2011.

［4］徐光輝，胡明義.梁橋［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［5］賀栓海，謝仁物.公路橋梁荷載橫向分布計(jì)算［M］.2版.北京:人民交通出版社，1996.