于海龍, 楊 奎

(1. 安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司, 安徽合肥 230000; 2. 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 , 四川德陽 618000)

1 工程概況

隨著國內(nèi)旅游業(yè)蓬勃發(fā)展，景區(qū)重大安全事故也時有發(fā)生。許多旅游棧道往往缺乏設(shè)計及施工過程中的質(zhì)量控制，仍然主要依賴經(jīng)驗設(shè)計、建造。目前國內(nèi)尚無現(xiàn)行的設(shè)計和施工規(guī)范可循，棧道的安全檢測評價也暫無統(tǒng)一標準。本文針對某旅游景區(qū)鋼構(gòu)人行棧道安全檢測問題進行分析研究 , 提出棧道荷載試驗方法，以供大家在工程實踐中參考。

某景區(qū)棧道依山勢而建。為避開滑坡、落石、危巖等不良地質(zhì)體影響而新建一部分棧道，另一部分棧道則在原有棧道鋼架上或更換棧道板或在原有棧道鋼架上新增設(shè)[10槽鋼和加鋪棧道板而成。某棧道區(qū)間原有鋼架為14×2.5 m連續(xù)鋼架，棧道寬2.2 m。該段棧道每孔鋼架橫向設(shè)兩根I10工字鋼立柱，立柱頂設(shè)I10工字鋼橫梁，橫梁上縱向設(shè)3根I10工字鋼主梁。主梁上等間距新增加布置[12槽鋼作分配梁，分配梁上沿縱向加設(shè)3根[10槽鋼作縱梁?？v梁上橫向滿鋪松木板作棧道橋面。該人行鋼橋建設(shè)年代未知，需要對原鋼棧道結(jié)構(gòu)進行荷載試驗以評估其安全性。

2 檢測項目及儀器設(shè)備

本次檢測主要包括以下項目：

(1)全橋外觀檢查。包括鋼結(jié)構(gòu)銹蝕、開裂等，利用現(xiàn)有條件，對主梁、次梁、橫梁、橋臺、橋面以及欄桿等部位進行檢查。

(2)靜載試驗。通過測量橋梁結(jié)構(gòu)在靜力試驗荷載作用下各控制截面的應(yīng)變和撓度，從而掌握橋梁結(jié)構(gòu)實際工作狀態(tài)，評價橋梁結(jié)構(gòu)的使用性能。

本次使用的主要儀器設(shè)備：鋼卷尺、游標卡尺、數(shù)顯百分表、無線多功能靜態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)、裂縫寬度檢測儀。

3 靜載試驗

靜載試驗是通過對試驗荷載作用下棧道結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形進行測量，從而對棧道工作狀態(tài)和工作性能進行檢驗。棧道結(jié)構(gòu)不僅受到其本身重量即恒載的作用，同時還受到人群荷載、風(fēng)荷載雪荷載等活載的作用。靜力加載試驗是對棧道結(jié)構(gòu)在設(shè)計荷載作用下棧道的工作狀態(tài)與工作性能進行檢驗，從而確定棧道的承載能力是否滿足設(shè)計要求。目前棧道還沒有統(tǒng)一的檢測規(guī)范可循，現(xiàn)根據(jù)JTG/T J21-2011《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》和JTG/T J21-01-2015《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》，進行本次荷載試驗及對本次試驗荷載結(jié)果進行評定。本次測試截面位置示意圖見圖1，測試點布置在主梁各截面的上下底面。

圖1 靜載試驗測試截面位置示意(單位：cm)

根據(jù)現(xiàn)場實際檢測結(jié)果，對上部剛架結(jié)構(gòu)進行承載力驗算，分析剛架的受力特點。考慮到棧道可能存在的人員密集情況，棧道活荷載取為3.5 kN/m2，活載系數(shù)取1.4。剛架材料采用Q235鋼材，抗拉、抗壓和抗彎強度設(shè)計值根據(jù)GB 50017-2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》表3.4.1-1取為215 N/mm2，抗剪強度設(shè)計值取為 125 N/mm2；其余計算參數(shù)均按現(xiàn)行有關(guān)設(shè)計規(guī)范進行取值。采用Midas Civil 2014有限元軟件計算。模型中所有結(jié)構(gòu)均采用梁單元模擬。縱梁和橫梁的連接均考慮為彈性連接，兩端支座處采用剛接近似處理，忽略棧道木板自重對上部結(jié)構(gòu)的影響。棧道人群活荷載在有限元軟件中以均布荷載方式施加在槽鋼上。

由計算結(jié)果可知，工字鋼梁主梁在人群荷載作用下支座B-B截面有最大負彎矩，彎矩值M=4.3kN·m?？紤]現(xiàn)場條件限制，加載重物采用水袋裝水進行加載。水袋規(guī)格為2.5m×1.5m×0.8m=3m3，即單個水袋充滿水后總重量為3 t。將兩個水袋順橋向置于橋面，然后用抽水機抽水加載。根據(jù)彎矩等效原則，水袋充滿水后支座B-B截面最大負彎矩為M=4.5kN·m，加載效率ηq=1.04，滿足試驗規(guī)程加載效率系數(shù)ηq=0.95～1.05的要求。

3.1 測試項目及方法

本次靜力荷載試驗確定的試驗項目主要有：

(1)應(yīng)變：工字鋼梁測試截面在試驗荷載作用下的應(yīng)變。應(yīng)變測量采用在工字鋼主梁、橫梁頂面和底面粘貼電阻應(yīng)變片。

(2 )撓度：工字鋼梁測試截面在試驗荷載作用下的撓度。撓度測試采用數(shù)顯百分表進行測試。

本次靜力加載試驗確立的加載位置為：棧道橋梁跨中。加載方式采用分級加載，加載試驗采用預(yù)壓水袋進行(每個水袋充滿約30 kN)，加載過程隨著抽水機注水緩慢進行。同時由專門人員統(tǒng)一指揮加載的實施，及時掌握各方面的情況，確保安全有序地實施加載計劃。

3.2 測試結(jié)果與分析

3.2.1 應(yīng)變測試結(jié)果與分析

試驗工況作用下測試截面應(yīng)變見表1。

表1 試驗荷載作用下測試截面主要測點應(yīng)變及校驗系數(shù)

由表1可見，在荷載作用下，橋跨測試截面應(yīng)變校驗系數(shù)在0.78～0.91范圍內(nèi)，測試截面實測應(yīng)變值均小于理論計算值，測試截面應(yīng)變校驗系數(shù)滿足相關(guān)規(guī)范要求；卸載完畢后，橋跨測試截面最大相對殘余應(yīng)變?yōu)?.26 %，表明試驗橋跨工作性能良好，整體處于彈性工作狀態(tài)。試驗橋跨結(jié)構(gòu)強度滿足試驗荷載要求。

3.2.2 撓度測試結(jié)果與分析

試驗工況下測試截面撓度及校驗系數(shù)見表2。

由表2可見，在荷載作用下，橋跨測試截面撓度校驗系數(shù)在0.76～0.81范圍內(nèi)，測試截面實測撓度值均小于理論計算值，測試截面撓度校驗系數(shù)滿足相關(guān)規(guī)范要求；卸載完畢后，橋跨測試截面最大相對殘余撓度為14.07 %，在卸載后具有較好的變形恢復(fù)能力，整體處于彈性工作狀態(tài)。試驗橋跨結(jié)構(gòu)剛度滿足試驗荷載要求。

3.3 焊縫觀測

試驗前對測試截面附近區(qū)域進行焊縫檢查，測試截面附近焊縫未發(fā)現(xiàn)可見裂縫；在試驗橋跨各加載工況下，焊縫未出現(xiàn)可見裂縫。

表2 試驗荷載作用下測試截面撓度及校驗系數(shù)

4 檢測結(jié)論

4.1 外觀檢查

(1)橋面系：橋面棧道板外觀狀況良好。

(2)上部結(jié)構(gòu)：工字鋼主梁、工字鋼橫梁外觀狀況良好。

(3)下部結(jié)構(gòu)：工字鋼立柱外觀狀況良好。

4.2 靜載試驗

(1)本橋測試截面的靜力試驗荷載效率為1.04，符合JTG/T J21-2011《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》第8.1.2條的規(guī)定，靜力荷載試驗效率ηq宜介于0.95～1.05之間，其試驗檢測結(jié)果能反映結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)。

(2)在水袋荷載作用下，測試截面實測應(yīng)變值均小于理論計算值，應(yīng)變測點的校驗系數(shù)介于0.77～0.91之間；卸載后的相對殘余應(yīng)變均小于規(guī)范限值20 %，說明本棧道橋承載力滿足安全使用要求。

(3)在水袋荷載作用下，測試截面的實測撓度值均小于理論計算值，撓度測點的校驗系數(shù)介于0.76～0.81之間；卸載后的相對殘余撓度均小于規(guī)范限值20 %，說明本棧道橋剛度滿足正常使用要求。

(4)加載前對測試截面附近區(qū)域進行焊縫檢查觀測，測試截面附近焊縫未發(fā)現(xiàn)可見裂縫；在試驗橋跨各加載工況下，焊縫未出現(xiàn)可見裂縫。

綜上所述，本鋼棧道橋試驗橋跨剛度、強度和承載力滿足人群荷載3.5 kN/m2要求。

5 養(yǎng)護建議

根據(jù)檢測結(jié)果，以及相關(guān)資料，特提出以下建議：

(1)加強棧道橋的檢查和養(yǎng)護工作，經(jīng)常巡視，及時更換腐蝕的木材，對鋼梁銹蝕部分及時除銹并補噴防銹涂料。

(2)客流量超過設(shè)計值時，采取限流措施。