吳育後，吳維彬，黃莉茜，黃榮幸

(1.南寧市交通運(yùn)輸綜合行政執(zhí)法支隊(duì)，廣西 南寧 530011；2.廣西交通工程檢測(cè)有限公司，廣西 南寧 530011)

0 引言

隨著城市的快速發(fā)展，某些原城市周邊的高速公路、一級(jí)路、二級(jí)路等被納入城市版圖。為滿足城市發(fā)展需求，原有不滿足需求的基礎(chǔ)設(shè)施將面臨改造的問(wèn)題，如拆除重建、部分利用改造、全面利用改造提級(jí)、直接維修利用等。根據(jù)可持續(xù)發(fā)展的原則，在制定改造方案之前應(yīng)有足夠的數(shù)據(jù)支撐。

本文以某城市連續(xù)箱梁橋因發(fā)展需要擬進(jìn)行改造提級(jí)為背景，根據(jù)工程實(shí)際需求評(píng)估橋梁既有承載能力是否滿足改造后的使用目標(biāo)，進(jìn)而為改造提級(jí)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 工程概況

該橋?yàn)?跨1聯(lián)的預(yù)應(yīng)力混凝土等截面連續(xù)箱梁橋，單箱雙室，跨徑組合為(25.0+30.0+25.0)m。橋梁共四幅，中間2幅為主車(chē)道，旁邊2幅為輔道，橋面布置為2×[0.45 m(欄桿)+2.20 m(人行道)+9.50 m(輔道)+0.60 m(欄桿)+1.50 m(側(cè)分隔帶)+0.60 m(欄桿)+12.25 m(主道)+1.50 m(中央分隔帶)]。下部結(jié)構(gòu)為輕型橋臺(tái)、樁柱式橋墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。原設(shè)計(jì)荷載：汽車(chē)-超20級(jí)，掛車(chē)-120級(jí)。箱梁混凝土為45號(hào)混凝土。

橋梁立面圖和斷面圖分別如圖1、圖2所示。

圖1 橋梁立面圖(cm)

圖2 橋梁斷面圖(cm)

根據(jù)工程需要，計(jì)劃在原橋外側(cè)增加一幅預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁橋，將原橋外側(cè)輔道橋原有橋面(2個(gè)機(jī)動(dòng)車(chē)道+人行道)變更為3個(gè)機(jī)動(dòng)車(chē)道，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)提至城-A級(jí)(2019年版)。改造后的橋梁斷面如圖3所示。

圖3 改造后橋面布置示意圖(cm)

2 橋梁現(xiàn)狀

輔道橋上部結(jié)構(gòu)外觀狀況、技術(shù)狀況及材質(zhì)狀況如下：

(1)外觀主要病害為：滲水污染、橫向裂縫、腹板豎向裂縫和蜂窩麻面。

(2)技術(shù)狀況等級(jí)BCIs為C級(jí)。

(3)混凝土強(qiáng)度、碳化深度、鋼筋銹蝕電位評(píng)定標(biāo)度均為1。

(4)鋼筋保護(hù)層厚度最大評(píng)定標(biāo)度為4。

(5)環(huán)境類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)。

(6)自振頻率實(shí)測(cè)值/理論值范圍為1.48～1.79，如表1所示。

表1 自振頻率測(cè)試結(jié)果表

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》(JTG/T J21-2011)[1]計(jì)算Z1和ξe，分別為Z1=1.11，ξe=0.04。

3 荷載試驗(yàn)

3.1 有限元分析

采用Midas Civil 2021軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析，其結(jié)構(gòu)離散模型如圖4所示。

圖4 橋梁結(jié)構(gòu)離散模型圖

3.2 控制斷面、測(cè)點(diǎn)布置及測(cè)試內(nèi)容

控制斷面分別為跨邊最大正彎矩截面A-A、墩頂截面B-B和中跨跨中截面C-C?？刂茢嗝娌贾檬疽鈭D如圖5所示。

圖5 控制斷面布置示意圖(cm)

(1)撓度測(cè)點(diǎn)布置于控制斷面主梁底，每個(gè)斷面布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別為邊、中、邊。

(2)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置于控制斷面主梁底，每個(gè)斷面5個(gè)測(cè)點(diǎn)，按橫向均勻分布。

(3)模態(tài)測(cè)點(diǎn)布置于橋面距人行道路緣石20 cm，每跨1/4 L、2/4 L和3/4 L處。

(4)主要測(cè)試內(nèi)容為：撓度、應(yīng)變、自振頻率、阻尼比和沖擊系數(shù)。

3.3 加載效率

本次荷載試驗(yàn)分兩組進(jìn)行：(1)第一組：以原設(shè)計(jì)荷載及橋面布置狀況為依據(jù)進(jìn)行控制加載；(2)第2組：以改造后的橋面布置狀況和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)城-A級(jí)進(jìn)行控制加載(加載前應(yīng)通過(guò)初步驗(yàn)收評(píng)估)。加載效率如表2所示。

表2 荷載試驗(yàn)各工況加載效率匯總表

3.4 試驗(yàn)結(jié)果

荷載試驗(yàn)結(jié)果匯總?cè)绫?所示。試驗(yàn)結(jié)果表明：

(1)在原設(shè)計(jì)狀況下，控制斷面主要撓度測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)為0.39～0.87，主要應(yīng)變測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)為0.37～0.80，相對(duì)殘余撓度和應(yīng)變均<20%。

(2)在改造后設(shè)計(jì)狀況下，控制斷面主要撓度測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)為0.39～0.64，主要應(yīng)變測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)為0.39～0.77，相對(duì)殘余撓度和應(yīng)變均<20%。

(3)在改造后設(shè)計(jì)狀況下，控制斷面主要撓度測(cè)點(diǎn)彈性撓度/原設(shè)計(jì)值為0.60～0.85，主要應(yīng)變測(cè)點(diǎn)彈性應(yīng)變/原設(shè)計(jì)值為0.54～1.00。

4 承載能力檢算評(píng)估

該橋上部結(jié)構(gòu)既有承載能力檢算評(píng)估采用檢算系數(shù)、惡化系數(shù)等，并分為正截面抗彎承載能力檢算評(píng)估和斜截面抗剪承載能力檢算評(píng)估。

4.1 檢算荷載

該橋上部結(jié)構(gòu)承載能力檢算評(píng)估的荷載取值如表4所示。

4.2 承載能力檢算結(jié)果

根據(jù)荷載試驗(yàn)結(jié)果及《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》(JTG/T J21-2011)，確定檢算系數(shù)Z2，原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下Z2=1.015，改造后設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下Z2=0.95。

4.2.1 承載能力極限狀態(tài)檢算結(jié)果

改造前后正截面抗彎承載能力極限狀態(tài)組合檢算結(jié)果對(duì)比如表5所示，改造前后斜截面抗剪承載能力極限狀態(tài)組合檢算結(jié)果對(duì)比如后頁(yè)表6所示。

表3 荷載試驗(yàn)結(jié)果匯總分析表

表4 荷載取值參數(shù)表

表5 正截面抗彎承載能力極限狀態(tài)組合檢算結(jié)果表

由表5、表6可知：

(1)上部結(jié)構(gòu)主梁在承載能力極限狀態(tài)下，正截面抗彎承載能力和斜截面抗剪承載能力同時(shí)滿足原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求和改造后設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

(2)在原結(jié)構(gòu)不作加固的情況下提高荷載等級(jí)使用，橋梁仍可以滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)在改造后狀況下的使用要求。

(3)在原結(jié)構(gòu)不作加固的情況下提高荷載等級(jí)使用，橋梁原有承載能力富余顯著降低，對(duì)橋梁整體長(zhǎng)期使用不利。

表6 斜截面抗剪承載能力極限狀態(tài)組合檢算結(jié)果表

(4)根據(jù)分析數(shù)據(jù)可知，通過(guò)橋梁荷載試驗(yàn)獲取結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)據(jù)評(píng)估承載能力比僅通過(guò)外觀檢測(cè)結(jié)果評(píng)估更安全，能更準(zhǔn)確地評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力。

(5)對(duì)需要提高荷載等級(jí)使用的橋梁采用荷載試驗(yàn)及檢算的方法評(píng)估承載能力時(shí)，應(yīng)充分考慮試驗(yàn)效應(yīng)與原設(shè)計(jì)效應(yīng)之間的比例關(guān)系(特別是在不進(jìn)行原設(shè)計(jì)狀況荷載試驗(yàn)的情況時(shí))，避免參數(shù)取值不合理而導(dǎo)致結(jié)論失真甚至錯(cuò)誤。

4.2.2 正常使用極限狀態(tài)檢算

在正常使用極限狀態(tài)下，上部結(jié)構(gòu)主梁撓度驗(yàn)算結(jié)果同時(shí)滿足原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和改造后設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)該橋整體技術(shù)狀況較好，既有承載能力檢算結(jié)果滿足原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)該橋在改造后設(shè)計(jì)荷載狀況下(城-A級(jí))，既有承載能力檢算結(jié)果仍滿足要求，但原結(jié)構(gòu)富余度顯著降低。

(3)該橋在不加固的情況下進(jìn)行改造仍可滿足目前的設(shè)計(jì)使用狀況，但需對(duì)橋梁耐久性病害等進(jìn)行維修處理，以保障結(jié)構(gòu)的耐久性。

(4)若考慮遠(yuǎn)景發(fā)展趨勢(shì)變化對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)使用的影響和橋梁現(xiàn)有承載能力富余度狀況，可結(jié)合其他有關(guān)指數(shù)評(píng)估后決定是否對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，以保證橋梁的安全可持續(xù)使用，同時(shí)減輕后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)的壓力。