陳剛，郭學(xué)慶，呂松剛，李星

(1.邵陽縣公路建設(shè)養(yǎng)護中心，湖南 邵陽 422100；2.長沙理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長沙 410114)

跨線立交橋是現(xiàn)代交通的重要組成部分。由于駕駛員的違章駕駛、粗心大意或路政管理體系不健全忽略了路段超高限制，車輛在立體交叉處撞擊立交橋上部結(jié)構(gòu)的事故屢有發(fā)生。已有學(xué)者對橋梁結(jié)構(gòu)受撞現(xiàn)象進行了研究，如何水濤等通過模型試驗和有限元模擬得出鋼筋混凝土T梁橋在超高車輛撞擊下可能產(chǎn)生局部破壞；周杰峰、陸新征等通過車-梁撞擊模型進行非線性有限元分析，得出車-橋碰撞損傷取決于車輛的剛度和撞擊沖量大小，車輛剛度一定的情況下，汽車撞擊沖量越大，對主梁損傷也越大；王向陽等對車-橋墩碰撞進行了有限元模擬分析；段敏等對船舶撞擊橋梁的分析方法進行了歸納總結(jié)。上述研究均僅限于理論計算。該文依托一座受超高車輛撞擊的鋼筋混凝土空心板橋，根據(jù)實測技術(shù)參數(shù)，通過MIDAS/Civil模擬，評估其受損后抗彎承載力，為受超高車輛撞擊的橋梁抗彎承載力評定提供借鑒。

1 工程概況

某橋上部結(jié)構(gòu)為13 m+16 m+13 m三跨鋼筋混凝土簡支空心板，全長49.4 m，橋面寬度為0.5 m欄桿+8.0 m行車道+0.5 m欄桿=9.0 m(見圖1)。每跨由9片空心板組成，每片空心板的寬度和高度分別為99.5 cm、70 cm，采用C40混凝土?？招陌宄叽缫妶D2。橋梁下部結(jié)構(gòu)為雙柱式橋墩，漿砌塊石臺身及鋼筋混凝土臺帽重力式橋臺。橋梁荷載等級為公路-Ⅱ級。

圖1 橋型布置

2 橋梁材質(zhì)狀況和狀態(tài)參數(shù)檢測

依據(jù)JTG/T J21—2011《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》、JTG 3362—2018《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》對該橋第2跨鋼筋混凝土空心板的材質(zhì)狀況和狀態(tài)參數(shù)進行檢測。

2.1 橋梁受損情況

該橋第2跨受橋下通行超高車輛撞擊，造成2-9#空心板斷裂(見圖2)，縱向距離1#橋墩0.50～15.50 m處、橫向距離2-8#與2-9#空心板之間鉸縫0.0～0.99 m處底板混凝土剝落，最大深度為50 cm，且有8處主筋和62處箍筋外露、銹蝕和斷裂，主筋、箍筋露筋長度分別為1.30～15.00 m、0.08～0.85 m。

圖2 空心板尺寸示意圖(單位：cm)

圖3 受撞后2-9#空心板損傷情況

2.2 混凝土及鋼筋強度

使用回彈儀對第2跨鋼筋混凝土空心板的混凝土強度進行檢測，測試10個測區(qū)，第2跨空心板的混凝土強度實測平均值和實測推定值分別為54.0 MPa、51.3 MPa。空心板設(shè)計采用C40混凝土，第2跨空心板的混凝土平均強度勻質(zhì)系數(shù)Kbm和推定強度勻質(zhì)系數(shù)Kbt分別為1.35、1.28，混凝土強度狀態(tài)為良好，評定標度值為1。

在2-9#空心板被撞破損底面截取2根縱向主鋼筋，量測其直徑，直徑平均值為25.0 mm。對鋼筋進行拉伸試驗，第1根鋼筋的屈服強度、極限強度分別為342.6 MPa、536.0 MPa，第2根鋼筋的屈服強度、極限強度分別為343.2 MPa、538.4 MPa。

2.3 混凝土保護層厚度和碳化深度

采用鋼筋掃描儀對第2跨空心板進行混凝土保護層厚度檢測，每片空心板檢測10個測點；采用酚酞溶劑和游標卡尺對第2跨空心板進行碳化深度檢測，每片空心板檢測1個測點。檢測結(jié)果見表1。

表1 混凝土保護層厚度和碳化深度檢測結(jié)果

空心板的混凝土保護層厚度設(shè)計值為30 mm。由表1可知：該橋第2跨空心板的混凝土保護層厚度特征值Dne/設(shè)計值Dnd為0.41～0.62，對結(jié)構(gòu)鋼筋耐久性有較大影響，混凝土保護層厚度評定標度值為5；混凝土碳化深度實測值均遠小于混凝土保護層厚度實測值，評判標度值為1。

此外，采用鋼筋掃描儀對第2跨空心板的縱向主鋼筋數(shù)量及間距進行檢測，每片空心板的主鋼筋數(shù)量為12根，其中底緣第1層為10根，相鄰鋼筋中心間距為10 cm，兩側(cè)主鋼筋上方各疊放1根。

2.4 鋼筋銹蝕電位

采用鋼筋銹蝕檢測儀對第2跨空心板進行鋼筋銹蝕電位檢測，共檢測25個測點，檢測結(jié)果見表2。

表2 第2跨空心板鋼筋銹蝕電位檢測結(jié)果

由表2可知：第2跨空心板鋼筋銹蝕電位的評定標度值為3，有銹蝕活動性，且發(fā)生銹蝕的概率大于90%。

2.5 橋梁結(jié)構(gòu)自振頻率

通過計算，第2跨空心板的理論計算頻率fdi為5.107 0 Hz。在第2跨空心板跨中截面橋面上布置加速度傳感器測試自振頻率，結(jié)果見圖4。

圖4 第2跨空心板自振頻率測試結(jié)果

由圖4可知：第2跨空心板實測自振頻率fmi為6.660 5 Hz，fmi與fdi的比值為1.30，自振頻率評定標度值為1。

3 橋梁技術(shù)狀況評定

根據(jù)JTG/T H21—2011《公路橋梁技術(shù)狀況評定標準》，當(dāng)主要部件評分達到4類或5類且影響橋梁安全時，可按照橋梁主要部件最差全損狀況評定。2-9#空心板被車撞擊后發(fā)生斷裂，主要部件空心板達到5類且影響結(jié)構(gòu)安全，按照橋梁主要部件最差缺損狀況評定為5類橋。

4 基于檢測結(jié)果的抗彎承載力評定

4.1 系數(shù)計算

該橋處于干燥、不凍、無侵蝕性介質(zhì)的環(huán)境條件，依據(jù)JTG/T J21—2011《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》，混凝土電阻率和氯離子含量根據(jù)實橋情況可不檢測，評定標度值取1。使用線性內(nèi)插法對第2跨空心板的承載力檢算系數(shù)Z1、承載力惡化系數(shù)ξe、配筋混凝土結(jié)構(gòu)截面折減系數(shù)ξc和鋼筋截面折減系數(shù)ξs進行計算或確定，結(jié)果見表3～5。

表3 承載力檢算系數(shù)Z1計算

表4 承載力惡化系數(shù)ξe計算

表5 截面折減系數(shù)ξc、ξs計算

4.2 抗彎承載力評定計算公式

配筋混凝土橋梁承載能力極限狀態(tài)鑒定方法規(guī)定的承載能力計算公式為：

γ0S≤R(fd,ξcadc,ξsads)Z1(1-ξe)

(1)

式中：γ0為結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)；S為荷載效應(yīng)函數(shù)；R(·)為抗力效應(yīng)函數(shù)；fd為材料強度設(shè)計值；adc為構(gòu)件混凝土幾何參數(shù)值；ads為構(gòu)件鋼筋幾何參數(shù)值。

4.3 有限元模型建立

采用鉸接板法計算汽車荷載的橫向分布系數(shù)，得2-1#～2-9#空心板的荷載橫向分布系數(shù)分別為0.247、0.247、0.245、0.242、0.236、0.242、0.245、0.247、0.247。選取受力最不利的2-9#空心板進行分析，采用MIDAS/Civil建立有限元計算模型，采用梁單元模擬，劃分為32個單元、35個節(jié)點(見圖5)。邊界條件如下：一端為鉸接支座，另一端為活動支座。

圖5 有限元計算模型

4.4 計算結(jié)果分析

根據(jù)JTG 3362—2018《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 D60—2015《公路橋涵通用設(shè)計規(guī)范》對2-9#空心板的承載能力極限狀態(tài)進行組合，在公路-Ⅱ級荷載作用下，荷載效應(yīng)組合彎矩包絡(luò)圖見圖6。采用Z1、ξe、ξc、ξs對抗彎承載力進行修正，2-9#空心板跨中截面的抗彎承載力分析結(jié)果見表6。

圖6 2-9#空心板承載能力極限狀態(tài)下彎矩包絡(luò)圖(單位：kN·m)

表6 2-9#空心板跨中截面抗彎承載力分析結(jié)果

由表6可知：在最大彎矩組合效應(yīng)作用下，2-9#空心板的正截面抗彎承載力抗力容許值小于組合效應(yīng)值，表明該橋第2跨空心板的正截面抗彎承載力不滿足公路-Ⅱ級荷載要求。

5 結(jié)論

(1) 對某鋼筋混凝土簡支空心板受超高車輛撞擊后的材質(zhì)狀況和狀態(tài)參數(shù)進行檢測，基于檢測結(jié)果評定該橋技術(shù)狀況等級為5類。

(2) 采用有限元軟件MIDAS/Civil對該橋受超高車輛撞擊后的鋼筋混凝土空心板抗彎承載力進行評定，結(jié)果表明該橋空心板的抗彎承載力不滿足公路-Ⅱ級設(shè)計荷載要求。