曹睿哲 任小飛 丁 躍

（1.揚州大學(xué)，江蘇 揚州 225009；2.江蘇省淮沭新河管理處，江蘇 淮安 223001）

1 問題提出

沭陽閘位于江蘇沭陽縣沭城鎮(zhèn)西南淮沭河上，于1959年10月施工完成。沭陽閘交通橋主梁為T 型梁，橋面高程15 m，凈寬6 m，每跨長10 m。原荷載設(shè)計標準為汽-10 級，橋面板、主梁、橫梁等混凝土標號為140#。本工程運行至今已50 多年，目前交通量遠遠超過設(shè)計值，且超載車輛較多，故有必要對工程承載力進行分析。

2 技術(shù)狀態(tài)分析

對橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件技術(shù)狀況評定應(yīng)參照相關(guān)橋梁規(guī)范有關(guān)規(guī)定［1］，確定其程度以及對結(jié)構(gòu)的影響［2，3］。

橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件技術(shù)狀況評分按公式（1）計算：

式中：

CIl—第i 類部件l 構(gòu)件的得分；

k—第i 類部件l 構(gòu)件出現(xiàn)扣分的指標的種類數(shù)；

U、x、y—引入的變量；

i—部件類別；

j—第i 類部件l 構(gòu)件第j 類檢測指標；

DPij—第i 類部件l 構(gòu)件第j 類檢測指標的扣分值，根據(jù)構(gòu)件各檢測指標扣分值進行計算。

橋梁上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、橋面系的技術(shù)狀況評分，按公式（2）計算：

式中：

SPCI、PCI、SBDCI—分別為橋梁上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、橋面系的技術(shù)狀況評分；

m—部件種類數(shù)；

Wi—第i 類部件的權(quán)重。

橋梁總體技術(shù)狀況評分按公式（3）計算：

式中：

Dr—橋梁總體技術(shù)狀況評分；

WD—橋面系在全橋中的權(quán)重，一般取0.2；

WSP—上部結(jié)構(gòu)在全橋中的權(quán)重，一般取0.4；

WSB—下部結(jié)構(gòu)在全橋中的權(quán)重，一般取0.4。

根據(jù)本橋?qū)嶋H狀況按上述公式計算得Dr=65，橋梁技術(shù)狀況為三類［1］。

3 混凝土強度等級分析

依據(jù)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件實測強度推定值或測區(qū)平均換算強度值，計算推定強度勻質(zhì)系數(shù)Kbt或平均強度勻質(zhì)系數(shù)Kbm［1］，確定混凝土強度評定標度。

推定強度勻質(zhì)系數(shù)：

式中：

Rit—混凝土實測強度推定值；

R—混凝土設(shè)計強度等級。

平均強度勻質(zhì)系數(shù)：

式中：

Rim—混凝土測區(qū)平均換算強度值。

沭陽閘橋梁橋墩、橋面大梁強度推定值分別為14.1 MPa、17.9 MPa，混凝土設(shè)計標號都為140#，推定強度勻質(zhì)系數(shù)分別為1.00、1.28，橋墩、橋面大梁的混凝土強度檢測評定標度均為1，交通橋的混凝土強度等級滿足設(shè)計要求，但不滿足現(xiàn)行《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》要求。

4 鋼筋保護層分析

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21-2011），檢測構(gòu)件或部位的鋼筋保護層厚度平均值應(yīng)按公式（6）計算：

式中：

Dni—鋼筋保護層厚度實測值；

n—檢測構(gòu)件或部位的測點數(shù)。

檢測構(gòu)件或部位的鋼筋保護層厚度特征值Dne應(yīng)按公式（7）計算。

式中：

SD—鋼筋保護層厚度實測值標準差，根據(jù)公式（8）計算，精確至0.1 mm；

KP—判定系數(shù)。

根據(jù)鋼筋保護層厚度特征值Dne與設(shè)計值Dnd比值確定混凝土保護層檢測標度。沭陽閘交通橋橋墩和橋面大梁的Dne/Dnd分別為0.94、0.58，沭陽閘交通橋橋墩的混凝土保護層厚度檢測評定標度為2，說明該構(gòu)件混凝土保護層厚度滿足要求，僅對鋼筋耐久性有輕度影響；沭陽交通橋大梁的混凝土保護層厚度檢測評定標度為4，說明該構(gòu)件的混凝土保護層厚度不足，對鋼筋耐久性有較大影響，易造成鋼筋銹蝕。

5 碳化狀況分析

根據(jù)測區(qū)混凝土碳化深度平均值與實測保護層厚度平均值的比值KC，確定混凝土碳化評定標度［4］。根據(jù)沭陽閘交通橋各構(gòu)件的碳化深度和實測保護層厚度計算橋墩KC=0.51～1.52，橋面大梁KC=0.99～3.17，4#孔左橋墩、10# 孔左橋墩、16# 孔右橋墩、19#孔橋墩、22#孔橋墩、25#孔橋墩和25# 孔下游大梁的混凝土碳化狀況評定標度為1 或2，說明構(gòu)件有少量碳化現(xiàn)象，且所有碳化深度均小于混凝土保護層厚度；其余橋墩構(gòu)件的混凝土碳化狀況評定標度為3 或4，說明該構(gòu)件的主要受力部位局部碳化深度大于混凝土保護層厚度，對鋼筋失去保護性。交通橋上下游大梁除25﹟孔下游大梁外，其余構(gòu)件的混凝土碳化狀況評定標度均大于3，說明交通橋大梁嚴重碳化。

6 鋼筋銹蝕分析

混凝土中鋼筋銹蝕電位檢測宜采用半電池電位法，參考電極可采用銅/ 硫酸銅半電池電極，評定混凝土橋梁鋼筋發(fā)生銹蝕的概率或銹蝕活動性，并應(yīng)按照測區(qū)銹蝕電位水平最低值，確定鋼筋銹蝕電位評定標度。沭陽閘交通橋橋墩鋼筋半電池電位檢測值不均勻，電位水平最低值在-71～-580 mV，橋面大梁電位水平最低值大于-200 mV，4# 孔左橋墩、16#孔右橋墩、19#孔橋墩、22# 孔橋墩、25#孔右橋墩的鋼筋銹蝕電位評定標度為1，說明該構(gòu)件無銹蝕活動性；4#孔右橋墩、7#孔右橋墩、16#孔左橋墩、25#孔左橋墩的鋼筋銹蝕電位評定標度為3，說明該構(gòu)件有銹蝕活動性，發(fā)生銹蝕的概率大于90%；10# 孔左橋墩、13# 孔右橋墩的鋼筋銹蝕電位評定標度為5，說明該構(gòu)件存在銹蝕開裂區(qū)域；橋面大梁的鋼筋銹蝕電位評定標度為1，說明該構(gòu)件無銹蝕活動性。

7 沭陽閘交通橋現(xiàn)場載荷試驗

載荷試驗［5，6］選擇第19、22 跨進行，動載試驗主要是進行結(jié)構(gòu)自振特性測試和動力響應(yīng)測試，針對主橋結(jié)構(gòu)代表性截面（跨中截面）進行布點測試，檢測橋跨結(jié)構(gòu)整體剛度及動力響應(yīng)。測定橋梁在檢驗荷載作用下測試截面的應(yīng)力和撓度，并與理論計算值相比較，以對實際結(jié)構(gòu)使用性能和工作狀態(tài)作出評價。

圖1 應(yīng)力云圖（單位：kPa）

圖2 位移云圖（單位：m）

7.1 靜載試驗分析

使用橋梁荷載試驗分析系統(tǒng)BLT V1.0.2.1 計算，交通橋在試驗荷載作用下的應(yīng)力云圖和位移云圖如圖1、圖2 所示。

靜載試驗結(jié)果見表1、表2。

從表1 和表2 可以看出，各測點的校驗系數(shù)均大于1，表明結(jié)構(gòu)實際狀況與理想狀況相比偏于不安全，第22 跨結(jié)構(gòu)實際狀況優(yōu)于第19 跨結(jié)構(gòu)實際狀況。

7.2 動載試驗分析

使用橋梁領(lǐng)域通用結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計系統(tǒng)Midas Civil 2012 計算，得到橋梁的一階振型和二階振型如圖3、圖4 所示。

動載試驗結(jié)果如圖5、圖6 所示。

動載試驗結(jié)果表明：橋梁的自振頻率實測值均大于理論值，說明橋梁結(jié)構(gòu)整體剛度較大；一般橋梁結(jié)構(gòu)的阻尼比在0.01～0.08 之間，實測的阻尼比在0.025～0.058 之間，表明結(jié)構(gòu)具有良好的阻尼特性及耗散外部能量輸入的能力。

8 交通橋承載能力分析

按設(shè)計荷載計算時，本交通橋汽車荷載為汽-10 級。按照汽-10 級進行復(fù)核，交通橋跨中所承受的最大彎矩M跨中=869.7 kN·m，支座所承受的最大彎矩M支座=-1161.0 kN·m，截面抗彎極限狀態(tài)承載彎矩Md=1388.1 kN·m，交通橋承載能力滿足要求。而實際運行過程中，因本橋交通量特別大，大型車輛也較多，故按照公路Ⅰ級進行復(fù)核［7］，交通橋跨中所承受的最大彎矩M跨中=1794.6 kN·m，支座所承受的最大彎矩M支座=-1452.8 kN·m，截面抗彎極限狀態(tài)承載彎矩Md=1388.1 kN·m，交通橋承載能力不滿足要求。

9 結(jié)論

根據(jù)檢測和靜、動載試驗結(jié)果以及安全復(fù)核結(jié)論，對本交通橋評價如下：

（1）交通橋橋梁技術(shù)狀況為三類。

表1 第19 跨靜載試驗結(jié)果表

表2 第22 跨靜載試驗結(jié)果表

（2）交通橋橋墩、橋面大梁的混凝土強度等級滿足設(shè)計要求，但不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

（3）交通橋大梁的混凝土保護層厚度不足，對鋼筋耐久性有較大影響，易造成鋼筋銹蝕。

（4）交通橋部分橋墩出現(xiàn)嚴重碳化現(xiàn)象，上下游大梁主要受力部位全部測點混凝土碳化且碳化深度大于混凝土保護層厚度。

（5）交通橋部分橋墩發(fā)生銹蝕的概率大于90%，并存在銹蝕開裂區(qū)域。

（6）靜載試驗各測點的校驗系數(shù)均大于1，表明結(jié)構(gòu)實際狀況與理想狀況相比偏于不安全。

圖3 一階振型（f=12.838Hz）

圖4 二階振型（f=19.768Hz）

圖5 第19 跨車速10km/h 跑車試驗加速度時程曲線

圖6 第19 跨車速10km/h 跑車試驗頻率

（7）動載試驗的自振頻率實測值均大于理論值，說明橋梁結(jié)構(gòu)整體剛度較大；結(jié)構(gòu)具有良好的阻尼特性及耗散外部能量輸入的能力。

（8）在原設(shè)計標準下交通橋承載能力滿足要求；但根據(jù)實際運行情況，按公路Ⅰ級荷載標準復(fù)核，交通橋承載能力不滿足要求。

通過以上分析，鑒于本橋已使用50 多年，部分橋墩和大梁混凝土碳化較嚴重，部分橋墩存在銹蝕開裂區(qū)域，而且交通橋原設(shè)計荷載僅為汽-10 級，故考慮到本橋目前交通量大，超載車輛較多，建議將交通橋上部結(jié)構(gòu)更換為預(yù)應(yīng)力混凝土簡支板橋。

［1］中華人民共和國交通部.公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程（JTG/TJ21-2011）［S］.北京：人民交通出版社，2012：12-16.

［2］王興華，曹邱林.單集閘工程安全性態(tài)分析研究［J］.水利與建筑工程學(xué)報，2010，8（5）：94-96.

［3］李貝，曹邱林.江蘇省臨洪東泵站安全性態(tài)分析研究［J］.水利與建筑工程學(xué)報，2011，9（2）：139-141.

［4］揚州大學(xué)水建學(xué)院工程測試中心.沭陽閘交通橋檢測試驗分析與評估報告［R］.揚州：揚州大學(xué)，2012：13.

［5］耿波，張謝東，沈成武，向木生.大跨徑連續(xù)箱梁橋靜載試驗研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報，2004，28（5）：755-758.

［6］劉貴平，謝濤，汪權(quán)明.小型連續(xù)梁橋動載試驗及分析［J］.山西建筑，2013，39（19）：143-144.

［7］中華人民共和國交通部.公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG D62-2004）［S］.北京：人民交通出版社，2004：23-26.