張 巍 （安徽省建筑科學研究設(shè)計院，安徽 合肥 230031）

0 前言

橋梁不可能永久完好，不管使用何種結(jié)構(gòu)型式、采用哪種材料，因設(shè)計細部、施工質(zhì)量、自然環(huán)境、交通荷載等因素都會出現(xiàn)退化。根據(jù)發(fā)達國家使用狀況看，混凝土橋梁在使用20～30年后，即會出現(xiàn)安全性、適用性和耐久性方面的問題。安全性和適用性問題籠統(tǒng)地稱為承載能力問題，對承載能力進行評定主要采用兩種方式實現(xiàn)：一是根據(jù)橋梁實體檢測判定值以及設(shè)計、施工、運營、管養(yǎng)等資料，通過結(jié)構(gòu)檢算給出評定結(jié)論；二是在檢算之后仍不能判定承載能力時通過結(jié)構(gòu)實體載荷試驗進行評定。因此從承載能力評定的程序來看，首先應(yīng)進行檢算評定，然后根據(jù)檢算結(jié)果再決定是否實施荷載試驗評定。承載能力檢算評定是在對結(jié)構(gòu)構(gòu)件缺損狀況、材質(zhì)狀況與狀態(tài)參數(shù)以及實際運營荷載狀況等進行檢查評估的基礎(chǔ)上，按照現(xiàn)行設(shè)計、檢測規(guī)范和分別檢算結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在持久狀況下承載能力極限狀態(tài)下的強度、穩(wěn)定性和正常使用極限狀態(tài)下的剛度和抗裂性。

1 工程概況

圖1 第20跨中梁跨徑布置（單位：cm）

該橋共20跨，跨徑布置為12×10m（橋面連續(xù)）+9.3m（不規(guī)則斜板）+（16+20+16）m（斜交鐵路線）+9.3m（不規(guī)則斜板）+3×10m（橋面連續(xù)）。設(shè)計標準為一級公路，汽-20級，掛-100級，人群3.5kN/m2。下部結(jié)構(gòu)按凈-15設(shè)計，近期設(shè)計為凈-9，遠期設(shè)計為凈-15，于1986年建成通車。后于2000年進行了拓寬改造，在原有預(yù)留墩臺兩側(cè)各增設(shè)2片梁，改造標準為凈-15.6，荷載等級按原設(shè)計不變。該橋上部結(jié)構(gòu)10m、16m、20m 跨采用簡支T梁，T梁之間采用濕接縫（拓寬部分）、鉸縫（老橋部分）及橫隔梁連接。下部結(jié)構(gòu)橋臺采用重力式U型橋臺，擴大基礎(chǔ)。橋墩采用排柱式，樁基礎(chǔ)。拓寬部分主梁、橫隔梁及濕接縫均采用C30混凝土，橋臺加固部分采用C25混凝土，橋面鋪裝采用80～178mm厚C30混凝土。該橋原設(shè)計資料缺失，相關(guān)參數(shù)不詳。

2 承載能力檢測評定內(nèi)容

2.1 對象選取

依據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，對于多跨或多孔橋梁，應(yīng)根據(jù)橋梁技術(shù)狀況檢查評定情況選擇具有代表性的或最不利的橋跨進行承載能力檢測評定。結(jié)合該橋結(jié)構(gòu)布置、歷次檢測報告和現(xiàn)場檢查，選取第20跨上部結(jié)構(gòu)（10m簡支T梁）為檢測評定。

2.2 工作內(nèi)容

2.2.1 缺損狀況檢查評定

對上部結(jié)構(gòu)各構(gòu)件進行仔細的檢查，了解其外觀和功能的缺損狀況，并做詳細記錄。根據(jù)檢查結(jié)果按相關(guān)規(guī)范的評分等級、扣分值對其進行評定。

2.2.2 材質(zhì)狀況與狀態(tài)參數(shù)檢測評定

橋跨材質(zhì)狀況與狀態(tài)參數(shù)檢測評定包括以下指標：結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)、構(gòu)件材質(zhì)強度、鋼筋保護層厚度、混凝土碳化深度、結(jié)構(gòu)自振頻率、鋼筋銹蝕電位、混凝土電阻率、氯離子含量。

2.2.3 承載能力檢算評定

配筋混凝土橋梁承載能力極限狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)橋梁檢測結(jié)果按下式進行計算評定：

配筋混凝土橋梁正常使用極限狀態(tài)，按現(xiàn)行設(shè)計、養(yǎng)護規(guī)范及檢測結(jié)果分以下三方面進行計算評定：

3 缺損、材質(zhì)狀況與狀態(tài)參數(shù)檢測評定結(jié)果

3.1 結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)檢測

由于該橋原設(shè)計資料缺失，為滿足承載能力檢算要求，在現(xiàn)有資料的基礎(chǔ)上，現(xiàn)場對第20跨中梁的跨徑布置和截面尺寸進行測量，具體測量結(jié)果如圖1、圖2所示。

3.2 檢測指標評定標度匯總

通過現(xiàn)場檢測并根據(jù)規(guī)范要求對各檢測指標的標度進行評定，具體結(jié)果如表1。

4 承載能力檢算評定結(jié)果

圖2 第20跨中梁截面尺寸（單位：cm）

計算橋跨結(jié)構(gòu)或構(gòu)件抗力效應(yīng)和作用效應(yīng)，采用引入分項檢算系數(shù)修正承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)計算表達式的方法進行檢算評定。

4.1 分項檢算系數(shù)匯總

根據(jù)選定橋跨的缺損狀況檢查評定結(jié)果和材質(zhì)狀況與狀態(tài)參數(shù)檢測評定結(jié)果確定各分項檢算系數(shù)如表2所示。

4.2 計算模型的建立

由于該橋部分設(shè)計資料缺失，本次結(jié)構(gòu)檢算模型的建立，除依據(jù)現(xiàn)存的部分設(shè)計資料外，還結(jié)合現(xiàn)場實測結(jié)果對相關(guān)參數(shù)進行修正，使計算結(jié)果盡量與實際情況相吻合。

4.2.1 主要技術(shù)指標

①橋梁設(shè)計安全等級為一級

②檢算作用

結(jié)構(gòu)自重：主梁、橫隔板、二期鋪裝層。

汽車荷載：先采用《城市橋梁設(shè)計規(guī)范》（CJJ 11-2011）規(guī)定的城-A級、城B級和小型車專用道路汽車荷載分別進行計算，確定是否符合當前的使用條件，若不符合再采用原設(shè)計規(guī)范《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTJ 021-89）規(guī)定的汽-20級和汽-15級汽車荷載，按現(xiàn)行的荷載組合分別進行計算，以確定橋跨結(jié)構(gòu)現(xiàn)階段所能承受的荷載水平。

汽車沖擊力：根據(jù)計算基頻按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60-2015）取值。

溫度梯度：溫度梯度按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60-2015）計算。

4.2.2 計算原則

本次計算執(zhí)行《城市橋梁設(shè)計規(guī)范》（CJJ 11-2011）、《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60-2015)、《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTJ 021-89）和《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 3362-2018)。

各檢測指標評定標度匯總 表1

分項檢算系數(shù)取值匯總 表2

檢算作用指標 表3

4.2.3 有限元模型

選定的第20跨上部結(jié)構(gòu)為裝配式正交T梁結(jié)構(gòu)，橫向聯(lián)系構(gòu)造比較薄弱且接縫處有貫通縱縫并伴有滲水病害，為真實模擬T梁最不利受力狀態(tài)，本次采用Midas civil 2019建立中梁（單梁）模型進行計算分析，反映空間效應(yīng)的汽車荷載橫向分布系數(shù)采用鉸接板法和空間梁格法分別計算取最不利值。模型中共25個節(jié)點，22個單元，如圖3所示。

圖3 中梁計算分析模型

4.3 承載能力檢算評定

4.3.1 持久狀況承載能力極限狀態(tài)

①正截面抗彎承載力檢算

不同汽車荷載作用下正截面抗彎承載力檢算結(jié)果如表4所示，主梁最不利基本組合彎矩效應(yīng)值和抗力值如圖4所示（圖中抗力值只進行了和修正）。

圖4 不同汽車荷載下最不利基本組合彎矩效應(yīng)和抗力包絡(luò)圖

②斜截面抗剪承載力檢算

不同汽車荷載作用下斜截面抗剪承載力檢算結(jié)果如表5所示，主梁最不利基本組合剪力效應(yīng)值和抗力值如圖5所示（圖中抗力值只進行了和修正）。

4.3.2 持久狀況正常使用極限狀態(tài)

①裂縫寬度檢算

該橋上部結(jié)構(gòu)為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，不同汽車荷載作用下裂縫寬度檢算結(jié)果如表6所示。

②剛度檢算

不同汽車荷載作用下?lián)隙葯z算結(jié)果如表7所示。

4.4 承載能力檢算評定結(jié)論

圖5 不同汽車荷載下最不利基本組合剪力效應(yīng)和抗力包絡(luò)圖

根據(jù)以上計算分析可知，該橋選定橋跨上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)階段的承載能力不滿足現(xiàn)行行業(yè)標準《城市橋梁設(shè)計規(guī)范》（CJJ 11-2011）城-A級、城B級和原設(shè)計標準《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTJ 021-89）汽-20級汽車荷載的通行要求，尚能滿足現(xiàn)行行業(yè)標準小型車專用道路和原設(shè)計標準汽-15級汽車荷載的通行要求。

5 限載建議

在用橋梁承載能力檢測評定的目的在于確定橋跨結(jié)構(gòu)是否滿足當前的使用要求，若不滿足還需進一步確定其現(xiàn)階段所能承受的荷載水平，并在今后運營過程中進行限制使用。其中限載通行是最主要的限制手段，根據(jù)評定結(jié)果合理的設(shè)置限載噸位，既能保障橋跨安全通行又能充分發(fā)揮使用價值。

隨著在用老橋數(shù)量的不斷增多，安全事故也時有發(fā)生，橋梁限載問題引起了廣泛研究，各地主管部門也在開展相關(guān)標準的編制工作，但目前只有上海市出臺了橋梁限載標準，在日常管理中可以參考使用?！渡虾３鞘袠蛄合掭d標準》（SZ-C-E02-2007）中關(guān)于不同荷載標準對應(yīng)的限載噸位值如表8所示。

因此該橋可按15t進行限載使用。

6 結(jié)語

①在用橋梁應(yīng)根據(jù)承載能力檢測評定結(jié)果提出合理的使用限制，其中限載是最主要的手段，包括在橋梁兩頭設(shè)置限載牌、限高架和超限檢測系統(tǒng)等。

②在用橋梁承載能力評定包括檢算評定和荷載試驗評定兩種方法，但按照程序，首先應(yīng)進行的是檢算評定，只有當檢算之后仍不能判定承載能力時，才采用載荷試驗進行評定。因此需要進行荷載試驗評定的在用橋梁只是少數(shù)，在不了解橋梁實際技術(shù)狀態(tài)和拋開檢算的基礎(chǔ)上貿(mào)然進行荷載試驗會存在較大的安全風險。

不同汽車荷載作用下正截面抗彎承載力檢算評定結(jié)果（單位：kN·m） 表4

不同汽車荷載作用下斜截面抗剪承載力檢算評定結(jié)果（單位：kN） 表5

不同汽車荷載作用下裂縫寬度檢算評定結(jié)果（單位：mm） 表6

不同汽車荷載作用下?lián)隙葯z算評定結(jié)果（單位：mm） 表7

不同荷載標準對應(yīng)的限載值 表8

③在用老橋除了關(guān)注承載能力外，還需重視其安全防護能力，全面評估護欄安全風險并科學制定升級改造方案，確保車輛和行人通行安全。

④對于處在交通要道上且承載能力無法滿足現(xiàn)行汽車荷載通行要求的老橋，應(yīng)結(jié)合政府建設(shè)計劃及時進行大修、加固或改擴建。

⑤要達到設(shè)計使用年限，正常養(yǎng)護是基本條件之一，而且養(yǎng)護工作貫穿整個壽命周期，科學的養(yǎng)護管理是確保城市橋梁處于正常工作狀態(tài)和安全運營最切實可行的方法，要摒棄重建設(shè)、輕養(yǎng)護的思想。