程 超（江西中煤建設(shè)集團有限公司，江西 南昌 330001）

基于靜荷載試驗的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋承載力分析

程 超（江西中煤建設(shè)集團有限公司，江西 南昌 330001）

橋梁在使用過程中，不可避免受雨雪、地震、冰凍等自然因素的影響、人為因素的沖擊破壞以及在有害物質(zhì)的侵蝕下產(chǎn)生的混凝土碳化、鋼筋銹蝕等病害，隨著時間的增長，這類病害將進一步發(fā)展，甚至危及橋梁的結(jié)構(gòu)使用安全。為探究橋梁服役一定年限后的承載能力，以兩聯(lián)六孔預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁為工程實例，通過橋梁荷載試驗，對其承載力展開分析和研究，掌握橋梁結(jié)構(gòu)實際工作狀態(tài)了解，評定橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能和狀態(tài)，確保后續(xù)加固和維修方案切實可行、有據(jù)可依。

預(yù)應(yīng)力橋梁；承載力；靜載試驗

1 引 言

我國目前的橋梁建設(shè)已經(jīng)取得了令人矚目的成績，截止到2014年底，我國通車里程中，橋梁總數(shù)已有75.71萬座，4257.89萬延米[1]。在跨徑、橋型方面為世界的橋梁事業(yè)作出了重要的貢獻。鑒于橋梁投資巨大，作用顯著，人們對橋梁的服役性能尤為重視。

隨著既有橋梁服役時間的增長，過去所修建的新橋會逐步轉(zhuǎn)變成現(xiàn)在的舊橋，與此同時，由于在某方面施工不夠成熟、外界環(huán)境的不利影響、交通量逐年增大導(dǎo)致的荷載等級提高，很有可能會使得一些服役的橋梁的某種功能不能滿足規(guī)定的要求。在工程實際中發(fā)現(xiàn)，鋼筋銹蝕及混凝土碳化成為橋梁承載力降低的重要因素，同時劣化和（或）荷載的增加也導(dǎo)致了橋梁使用性能的降低[2-3]，如美國現(xiàn)有的六十萬座橋梁中，約有四成采用較低的荷載標準，近八萬座橋梁需立即維修[4]。

本文為探究橋梁服役一定年限后的承載能力，以兩聯(lián)六孔預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁為工程實例，通過橋梁荷載試驗，對其承載力展開分析和研究，掌握橋梁結(jié)構(gòu)實際工作狀態(tài)了解，評定橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能和狀態(tài)，確保后續(xù)加固和維修方案切實可行、有據(jù)可依。

2 服役橋梁常見病害

橋梁存在的一些常見病害有[5]：橋面鋪裝病害、凍融病害、混凝土裂縫病害、鋼筋銹蝕病害、碳化以及氯離子侵入等。

2.1 橋面鋪裝病害

橋面鋪裝病害已經(jīng)成為影響混凝土橋梁結(jié)構(gòu)正常使用以及導(dǎo)致交通事故的病害之一。在橋面鋪裝層破壞之后，不僅會影響到的橋梁的美觀，同時還會妨礙正常的交通，容易引發(fā)交通事故。由于近些年來，橋面鋪裝層養(yǎng)護工作的增大、周期的縮短、成本的增加，最終導(dǎo)致因橋面鋪裝問題而產(chǎn)生的經(jīng)濟損失越來越多。典型橋面鋪裝病害如圖1所示。

圖1 典型橋面鋪裝病害

2.2 凍融病害

凍融病害也是影響橋梁的正常使用年限和承載力的主要原因之一。在我國的凍土地區(qū)，這種現(xiàn)象體現(xiàn)的尤為突出，由于受到天氣的影響，凍融現(xiàn)象的發(fā)生造成結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。當對橋梁進行加固處理之后，由于混凝土并不是一次性澆筑完成，這樣就造成了混凝土銜接處結(jié)合夠嚴密，同時在凍融的作用下，裂縫的發(fā)展就會加劇。凍融病害產(chǎn)生的原因主要有[6]：1）自然的不可抗力；2）在混凝土施工過程中，所得到的混凝土質(zhì)量遠沒有達到設(shè)計要求；3）在后期的養(yǎng)護過程中沒有按照規(guī)范進行養(yǎng)護。

2.3 裂縫病害

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋常見裂縫病害主要有：下緣受拉區(qū)的裂縫、腹板上的豎向裂縫、腹板上的斜裂縫、施工運梁不當引起的裂縫、梁頂端裂縫、連續(xù)梁中支點梁頂面裂縫等。

2.4 銹蝕病害

由于水泥的水化作用使得鋼筋處在強堿介質(zhì)中，在鋼筋表面產(chǎn)生一層類似于保護膜，以保護鋼筋不發(fā)生銹蝕。當混凝土由于施工等原因造成的密實度不夠或者是在施工中人為的加入含有氯離子的物質(zhì)，有害離子的擴散會最終破壞保護膜，導(dǎo)致銹蝕發(fā)生。銹蝕早期會在混凝土表面產(chǎn)生沿著鋼筋方向的裂縫，嚴重的時候會因為鋼筋的銹蝕而造成開裂。

2.5 碳化病害

碳化是指混凝土中NaOH與滲透進混凝土中的CO2或其它酸性氣體發(fā)生化學反應(yīng)的過程[7]?；炷烈话愠蕢A性，這會形成一層堿性薄膜，起到“鈍化”的作用。碳化的實質(zhì)是混凝土的中性化，堿性降低，同樣很容易導(dǎo)致鋼筋銹蝕。

3 工程概況

某橋修建于上世紀八十年代，到現(xiàn)在為止已經(jīng)運營近40年。由于當?shù)亟煌康娜找嬖鲩L，該橋的服役狀態(tài)需要進行科學評定，以便為該橋的加固設(shè)計提供科學的理論依據(jù)。該橋為兩聯(lián)六孔預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，第一聯(lián)為在北邊，跨度為38.5m+2×38m+38.5m，第二聯(lián)在南邊，跨度為38.5m×2。該橋橋型布置如圖2所示。

圖2 橋型布置圖（單位：m）

4 實橋靜載試驗

圖3 試驗孔示意圖（單位：m）

4.1 靜載試驗內(nèi)容

從受力分析來看，第一跨和第二跨在受力上對稱，均存在最大正彎矩和最大負彎矩兩個最不利位置。根據(jù)現(xiàn)場實際觀測結(jié)果，第二跨混凝土存在一定面積的老化及破損，而第一跨外觀相對較好。綜合上述原因，選擇第二聯(lián)的第二孔作為靜荷載試驗孔，如圖3所示。

擬定如下靜載試驗工況，工況一：第二聯(lián)邊跨（E-E截面）對稱荷載作用下最大正彎距；工況二：第二聯(lián)中跨墩頂（5號墩頂D-D截面）對稱荷載作用下最大負彎距；工況三：第二聯(lián)中跨墩頂（5號墩頂）在對稱荷載作用下的最大墩頂支反力。截面最不利位置如圖4所示：

圖4 第二聯(lián)試驗工況位置（單位：m）

為了得到橋梁各加載等級下的撓度、應(yīng)變曲線，防止破損橋梁倒塌或發(fā)生意外損傷，各試驗工況均進行分級加載和卸載，并隨時觀測每級荷載下各控制參數(shù)的變化，注意荷載中止條件。

4.2 加載

采用6輛“后八輪”汽車加載，編號分別為1-6，根據(jù)荷載效率系數(shù)確定車輛的重量和布置方式。應(yīng)對車輛進行配重過磅，保證滿足試驗精度要求，并要求整個加載過程中保持不變。

1）工況一：第二聯(lián)邊跨（E-E截面）對稱荷載作用下最大正彎距及最大撓度。工況一的荷載分級如表1所示，橫截面如圖5所示。

表1 工況一荷載分級表

圖5 工況一荷載橫截面布置（單位：m）

表2 工況二荷載分級表

圖6 工況二試驗荷載橫截面布置圖（單位：m）

2）工況二：第二聯(lián)中跨墩頂（5號墩頂D-D截面）對稱荷載作用下最大負彎距；工況二的荷載分級如表2所示，橫截面如圖6所示。

3）工況三：第二聯(lián)中跨墩頂（5號墩頂）在對稱荷載作用下的墩頂和支座沉降；工況三的加載車輛分布和工況二相同布置。

4.3 試驗結(jié)果

通過對該橋檢測與荷載試驗的主要資料進行分析，得到了撓度測試結(jié)果、應(yīng)變測試結(jié)果，其中撓度測試結(jié)果如圖7所示（限于篇幅，僅列出工況一）：

圖7 荷載-彈性變位曲線（工況一）

通過對試驗數(shù)據(jù)進行分析，得到以下試驗結(jié)果：

1）荷載試驗各工況的荷載效率系數(shù)為0.8～1.05，根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》[8]，滿足相關(guān)規(guī)定；

2）試驗過程中主梁實測變形及應(yīng)變值小于理論計算值，且殘余變形小于0.2，說明橋梁結(jié)構(gòu)試驗過程中處于彈性工作狀態(tài)，受力性能滿足汽-20；掛-100設(shè)計的剛度及強度要求。

3）在靜載試驗期間，該橋箱梁未發(fā)現(xiàn)可見裂縫，測試橋墩基礎(chǔ)未觀測沉降，無其它異常情況。

5 結(jié) 語

本文以兩聯(lián)六孔預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁為工程實例，通過橋梁荷載試驗，對其承載力展開分析和研究。結(jié)合外觀檢測和荷載試驗的結(jié)果可知，該橋在整體結(jié)構(gòu)上滿足相關(guān)規(guī)范要求，但外觀的病害較多，需要對該橋出現(xiàn)的各種病害采取及時有效的修補措施。

[1]劉翠云,董傳洲．國外預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋發(fā)展和施工技術(shù)[J]．世界橋梁,2011,06:1-4．

[2]鮑衛(wèi)剛．預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋維修與加固技術(shù)[J]．公路 ,2013,01:13-18．

[3]劉金福．服役20年預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋靜載試驗研究[J]．橋梁建設(shè),2013,05:75-80．

[4]陳新新．大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工技術(shù)[J]．科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2010,05:63-64．

[5]邵華英,劉旋云,周德．預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋維修加固技術(shù)的對比研究[J]．中外公路,2010,03:198-202．

[6]王彤,楊志武,劉和．體外預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計理論研究[J]．遼寧省交通高等專科學校學報,2006,01:4-6．

[7]王瑞雪．預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋裂縫的分析[J]．今日科苑,2008,04:162．

[8]公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程．JTG/TJ21-2011．中華人民共和國交通運輸部,2011．

Bearing capacity analysis of prestressed concrete continuous girder bridge based on static load test

Bridge in use,inevitably affected by various diseases such as rain and snow, earthquake, freezing and other natural factors,human factors and the generation of harmful substances carbonization of concrete,steel corrosion．As time goes on,these diseases will develop further and even endanger the structural safety of the bridge．In order to explore the bearing capacity of bridge service after a certain number of years,two-joint six-hole prestressed concrete continuous beam is taken as an engineering example in this paper．Through the bridge load test,the bearing capacity of the bridge was analyzed and studied．What’s more,master the actual working state of the bridge structure to understand and assess the work performance and state of the bridge structure to ensure that the follow-up reinforcement and maintenance program feasible and evidence-based．

prestressed bridge；bearing capacity；static load test

U441．2文獻辨識碼：B

1003-8965(2017)01-0072-03