■陳嘉齊

（1.福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所；2.福建省公路、水運(yùn)工程重點(diǎn)試驗室，福州　350004）

某連續(xù)箱梁橋火災(zāi)后靜載試驗檢測及承載力評定

■陳嘉齊1,2

（1.福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所；2.福建省公路、水運(yùn)工程重點(diǎn)試驗室，福州350004）

本文通過對某連續(xù)箱梁橋火災(zāi)后現(xiàn)場外觀檢查和材質(zhì)強(qiáng)度檢測評定，結(jié)合有限元軟件建立結(jié)構(gòu)模型及靜載試驗對其承載力進(jìn)行評定。結(jié)果表明該橋跨結(jié)構(gòu)承載能力滿足設(shè)計荷載等級要求。

連續(xù)箱梁火災(zāi)事故災(zāi)后檢查靜載試驗承載力評定

1　工程概況

某預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋位于國道線上，2002年建成通車。橋梁全長608.66m，上部結(jié)構(gòu)采用15孔40m等跨、等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱型梁（見圖1）。橋?qū)挒椋?.50m（人行道）+12.00m（車行道）+1.50m（人行道）。箱梁為單箱單室結(jié)構(gòu)，頂板寬14.0m，底板寬6.0m，梁高2.50m，跨中截面底板厚度為0.22m。橋墩采用鋼筋混凝土雙柱式墩身直接對接鉆孔樁基礎(chǔ)。道路等級為城市主干道I級，設(shè)計荷載為汽車-20級，掛車-100級，人群3.50kN/m2。2016年2月8日，橋下堆積的廢舊塑料制品因不明原因起火燃燒約2個小時。由于該橋通行交通量大，為保證行車安全，急需對該橋進(jìn)行災(zāi)后靜載試驗檢測及承載能力評定［1］。

本文根據(jù)火災(zāi)后橋梁外觀檢查結(jié)果，針對箱梁材料及截面缺損調(diào)整有限元模型使其接近于實(shí)際受損狀態(tài)。同時結(jié)合靜載試驗對該橋跨結(jié)構(gòu)承載力進(jìn)行評定［2］，為該橋提出災(zāi)后應(yīng)急處置意見及加固設(shè)計依據(jù)。

2　橋梁缺損狀況檢查及材質(zhì)強(qiáng)度檢測評定

2.1橋梁結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)調(diào)查

火災(zāi)對橋跨的損害主要集中在第12跨箱梁主梁距11#墩6.0m～20.0m之間梁底范圍和11#、12#墩柱，如圖2所示。

調(diào)查結(jié)果如下：（1）主梁結(jié)構(gòu)：箱梁梁體的缺損主要集中在第12跨，整個受損區(qū)域面積達(dá) 78.0m2；梁底混凝土損傷剝落厚度均達(dá)20mm，靠近火源區(qū)域受損最為嚴(yán)重，最深達(dá)45mm，且梁底右側(cè)邊角位置混凝土剝落嚴(yán)重，梁底預(yù)應(yīng)力束架立鋼筋出露，如圖2所示；箱梁梁底共計6條橫向裂縫，且均延伸至腹板，其中4條較 2014年檢測結(jié)果無變化，2條為火災(zāi)后新增裂縫，梁底最大縫寬0.20mm，腹板最大縫寬為 0.14mm，縫深最大為37mm；左側(cè)腹板、翼緣板出現(xiàn)大面積混凝土剝落露筋；（2）支座：火災(zāi)影響區(qū)域內(nèi)4個支座（盆式固定）鋼板防銹油漆表面附著黑煙，且有脫皮現(xiàn)象；（3）墩柱：4根墩柱均出現(xiàn)混凝土保護(hù)層剝落、露箍筋、豎向主筋損傷，11-2墩柱損傷程度最嚴(yán)重，混凝土受損最大深度78.42mm，表面呈土黃色、灰白色；11#、12#墩4根墩柱被大火灼燒的區(qū)域敲擊空鼓沉悶聲明顯；11-1墩柱3條豎向裂縫，縫長分別為L1=1.20m、L2=1.40m、L3=1.00m，縫寬分別為 D1=0.36mm、D2=0.36mm、D3= 0.40mm。

2.2橋梁材質(zhì)強(qiáng)度檢測評定

根據(jù)外觀檢查的火災(zāi)影響范圍，選取部分梁體和墩柱進(jìn)行混凝土回彈測試。

根據(jù) 《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》［3］（JTJ T23-2011）規(guī)定，同時參考上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《火災(zāi)后混凝土構(gòu)件評定標(biāo)準(zhǔn)》［4］（DBJ08-219-96）對火災(zāi)后混凝土回彈強(qiáng)度進(jìn)行修正，推定結(jié)果如表1所示。

表1　　主要受災(zāi)構(gòu)件火災(zāi)后混凝土強(qiáng)度推定結(jié)果

3　靜載試驗

3.1試驗工況

根據(jù)混凝土強(qiáng)度推定結(jié)果，假設(shè)如下條件：①第12跨距11#墩6.00m～22.00m范圍內(nèi)的混凝土強(qiáng)度接近于C30；②此范圍內(nèi)梁底0mm～45mm高度范圍的混凝土退出了整體受力工作。在此基礎(chǔ)上應(yīng)用MIDAS軟件進(jìn)行建模計算，并結(jié)合現(xiàn)場橋梁損傷檢測結(jié)果，選擇第12跨三處控制截面進(jìn)行試驗，同時對火災(zāi)影響范圍內(nèi)的支座壓縮情況進(jìn)行試驗觀測，具體如表2及圖4。

表2　靜載試驗加載工況

3.2測點(diǎn)布置

（1）應(yīng)變測點(diǎn)：第12跨跨中截面（Ⅰ-Ⅰ）、第12跨梁底受損最深截面（Ⅱ-Ⅱ）、11#墩支點(diǎn)負(fù)彎矩截面（Ⅲ-Ⅲ），測點(diǎn)布置如圖5所示。

（2）撓度測點(diǎn)：第12跨跨中截面（Ⅰ-Ⅰ截面）、第12跨梁底受損最深截面（Ⅱ-Ⅱ截面），測點(diǎn)布置如圖6所示。

（3）支座壓縮量：11#墩支座、12#墩支座，如圖7所示。

（4）裂縫：第12跨距11#墩18.85m、19.10m、21.80m、21.90m梁底橫向裂縫監(jiān)測，如圖8所示。

3.3橋梁承載能力的評定方法

（1）校驗系數(shù)

校驗系數(shù)η是評定結(jié)構(gòu)工作狀況，確定橋梁承載能力的一個重要指標(biāo)，可以從中判定橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力的工作狀態(tài)。

實(shí)測結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)η是試驗的實(shí)測值與理論計算值的應(yīng)力或撓度之比，它反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)。

對于應(yīng)力，則

對于撓度，則

η值越小說明結(jié)構(gòu)的安全儲備越大，但η值不宜過大或過小，如η值過大說明組成結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度可能較低，結(jié)構(gòu)各部分聯(lián)結(jié)性能較差，剛度較低等。η值過小可能說明組成結(jié)構(gòu)材料的實(shí)際強(qiáng)度及彈性模量較大，梁橋的混凝土鋪裝及人行道等與主梁共同受力，支座摩擦力對結(jié)構(gòu)受力的有利影響，以及計算理論或簡化的計算圖式偏于安全等等。另外，試驗加載物的稱量誤差、儀表的觀測誤差等對η值也有一定的影響。

（2）相對殘余變位（或應(yīng)變）

殘余變位（或殘余應(yīng)變）按下列下公式計算：

總變位（或總應(yīng)變）St＝Sl－Si

彈性變位（或彈性應(yīng)變）Se＝Sl－Su

殘余變位（或殘余應(yīng)變）Sp＝St－Se＝Su－Si式中：Si——加載前測值；

Sl——加載達(dá)到穩(wěn)定時測值；

Su——卸載后達(dá)到穩(wěn)定時測值。

引入相對殘余變位（或應(yīng)變）的概念描述結(jié)構(gòu)整體或局部進(jìn)入塑性工作狀態(tài)的程度。

相對殘余變位（或應(yīng)變）按下式計算：

S′p=Sp/St×100%

式中：S′p——相對殘余變位（或應(yīng)變），Sp、St意義同前。

3.4靜載試驗結(jié)果

（1）由表3可知，該橋第12跨跨中截面撓度校驗系數(shù)分別為0.99和1.00，相對殘余撓度最大值為3.0%；第12跨梁底受損最深截面撓度校驗系數(shù)為0.95和0.98，相對殘余撓度最大值為4.0%。各測試截面撓度校驗系數(shù)均接近于1.00，相對殘余撓度最大值均小于《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》［5］（JTG/T J21-01-2015）規(guī)定限值20%。表明在假設(shè)條件下，現(xiàn)場實(shí)測撓度值與理論計算撓度值較為接近，模型假設(shè)條件與現(xiàn)場災(zāi)后情況較為接近。

表3　各工況撓度分析

（2）由表4可知，該橋第12跨跨中截面應(yīng)變校驗系數(shù)為0.87～0.97，相對殘余應(yīng)變最大值為14.3%；第12跨梁底受損最深截面應(yīng)變校驗系數(shù)為0.84～0.98，相對殘余應(yīng)變最大值為14.8%；11#墩支點(diǎn)負(fù)彎矩截面應(yīng)變校驗系數(shù)為0.86～0.89，相對殘余應(yīng)變最大值為18.2%。各測試截面應(yīng)變校驗系數(shù)均接近于1.00，相對殘余應(yīng)變最大值均小于《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》（JTG/T J21-01-2015）規(guī)定限值20%。表明在假設(shè)條件下，現(xiàn)場實(shí)測應(yīng)變值與理論計算應(yīng)變值較為接近，模型假設(shè)條件與現(xiàn)場災(zāi)后情況較為接近。

表4　各工況應(yīng)變分析

（3）從表5可以看出，在試驗工況7荷載作用下，11#墩柱支座壓縮量實(shí)測平均值為0.16mm，而在試驗工況8荷載作用下，12#墩柱支座壓縮量實(shí)測平均值為0.12mm，相對殘余變位最大為17.6%，卸載后均能夠較好地恢復(fù)到初始狀態(tài)。

表5　各工況支座壓縮量分析

（4）從表6可以看出，在試驗荷載工況作用下，跨中截面附近4條橫向裂縫均發(fā)生開展，最大開展寬度為0.037mm（初始縫寬0.20mm），在卸載后裂縫均能恢復(fù)到初始狀態(tài)，試驗過程中未見新裂縫產(chǎn)生。同時各測試截面附近均未觀測到新裂縫。

表6　裂縫開展監(jiān)測結(jié)果表

4　承載能力評定

根據(jù)設(shè)計施工圖紙、火災(zāi)后現(xiàn)場實(shí)測資料以及靜載試驗結(jié)果對災(zāi)后模型參數(shù)進(jìn)一步調(diào)整，在原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下該橋左幅第二聯(lián)火災(zāi)前后承載能力極限狀態(tài)受彎荷載效應(yīng)基本組合計算結(jié)果如圖9所示，第12跨控制截面抗彎承載能力檢算結(jié)果見表7。

表7　抗彎承載能力檢算結(jié)果表

由表7可知，該橋左幅第二聯(lián)控制截面的正截面抗彎承載力能夠滿足設(shè)計荷載等級要求，火災(zāi)后截面抗力效應(yīng)較火災(zāi)前降低最大幅度為5%。

5　結(jié)論

通過橋梁缺損狀況檢查及材質(zhì)強(qiáng)度檢測評定及靜載實(shí)驗得到如下結(jié)論：

（1）在試驗工況荷載作用下，橋跨結(jié)構(gòu)各測試截面撓度與應(yīng)變校驗系數(shù)均小于或處于 《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》規(guī)定的常值范圍，相對殘余撓度均小于《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》規(guī)定的20%。

（2）在試驗工況荷載作用下，測試墩柱支座具有較好的彈性變形能力。

（3）在試驗工況荷載作用下，測試截面橫向裂縫均發(fā)生開展，在卸去荷載后裂縫均能夠恢復(fù)到初始狀態(tài)，試驗過程中未見新裂縫產(chǎn)生。

（4）該橋跨結(jié)構(gòu)火災(zāi)后承載能力能滿足設(shè)計荷載等級要求，火災(zāi)后的抗彎承載能力相比火災(zāi)前有所降低，從安全性和耐久性方面考慮，建議立即對火災(zāi)受損位置進(jìn)行加固修復(fù)。

［1］劉其偉，王峰，等.火災(zāi)受損橋梁檢測評估與加固處理［J］.公路交通科技，2005（2）：71-74.

［2］JTG D60-2004，公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范［S］.

［3］JTJ T23-2011，回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程［S］.

［4］上海市建筑科學(xué)研究院編制.DBJ08-219-96，火災(zāi)后混凝土構(gòu)件評定標(biāo)準(zhǔn).1996.

［5］JTG/T J21-01-2015，公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程［S］.