朱琳，王曉隆

（1.長春市海威市政工程設(shè)計有限公司，吉林 長春 130062；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150090）

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，橋梁遭遇交通事故及可燃物燃燒等火災(zāi)情況增多，受火燒影響的橋梁，因體系受彎構(gòu)件即主梁在火燒上部，溫度最高、影響最嚴(yán)重。陸洲導(dǎo)等[1]對火災(zāi)后鋼筋混凝土連續(xù)梁力學(xué)性能進行計算分析，提出計算理論及數(shù)值算法；高志輝等[2]利用ABAQUS有限元軟件，先后對火災(zāi)后鋼筋混凝土梁的溫度場和受彎承載力變化進行數(shù)值分析；奚勇[3]對火災(zāi)受損橋梁監(jiān)測評估提出采用定性定量相結(jié)合的綜合檢測方法。目前對于火燒后裝配式預(yù)應(yīng)力空心板梁承載能力的研究主要為理論分析及實驗室內(nèi)模擬，現(xiàn)場調(diào)查分析較少，文章結(jié)合某火燒后橋梁對其承載能力進行全面分析。

1 工程概況及特點

某裝配式后張法預(yù)應(yīng)力空心板簡支梁跨徑20m，主車道橋?qū)?6m，輔道橋?qū)?1m。板梁梁高均為0.95m，板梁底寬均為1.37m，主梁采用C50混凝土，橋梁設(shè)計荷載為城A級。

該橋東邊跨遭受火災(zāi)后，部分板梁底面出現(xiàn)大面積混凝土剝落，最大剝落深度達20mm，板梁鋼筋強度、保護層厚度及混凝土強度均有一定程度的削弱，導(dǎo)致板梁的承載能力已有不同程度的降低[4]。此外，該橋上、下部結(jié)構(gòu)及橋面系還存在一些病害，應(yīng)及時進行維修處理，以改善橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性和使用性[5]。

2 全橋表觀缺陷檢查

主梁底板及兩側(cè)腹板外觀質(zhì)量良好，未發(fā)現(xiàn)梁板有下?lián)?、混凝土剝落、露筋銹蝕、結(jié)構(gòu)裂縫、滲水等病害。個別梁板之間鉸縫存在混凝土松散脫落病害。

支座總體外觀質(zhì)量良好，未發(fā)現(xiàn)橡膠支座有老化變形、開裂病害，但支座附近垃圾雜物堆積較多，應(yīng)及時清除防止腐蝕支座，影響其使用性能。

橋臺臺帽總體外觀質(zhì)量良好，其中一橋臺臺帽分布有一條豎向裂縫，最大裂縫寬度為0.12mm，未超過規(guī)定的墩臺帽允許最大裂縫寬度0.3mm。該裂縫向上未延伸至臺帽頂面，向下未延伸至底面，且裂縫寬度變化無明顯規(guī)律，應(yīng)是臺帽混凝土自身收縮所致。全橋各幅橋臺護坡均存在不同程度的塌陷、漿砌塊石脫落病害。

橋面鋪裝外觀質(zhì)量良好，未出現(xiàn)泛油、裂縫、車轍、破損等病害。伸縮縫內(nèi)均存在沉積物阻塞病害，其中一橋臺伸縮縫局部止水帶脫落、止水功能失效。人行道外觀質(zhì)量良好，未發(fā)現(xiàn)人行道鋪裝出現(xiàn)網(wǎng)裂、坍塌、殘缺等常見病害。護欄整體外觀質(zhì)量較好，但南北兩側(cè)人行護欄混凝土局部均存在露筋銹蝕病害。各幅行車道防撞護欄均存在不同程度的混凝土破損、露筋銹蝕、漆面起皮脫落病害，行車道西側(cè)防撞護欄鋼管組件缺失。大部分排水孔排水功能良好，一排水孔輕微堵塞影響排水功能。

3 橋梁線形檢測

根據(jù)本橋結(jié)構(gòu)特點，本次檢測在該橋軸線和車行道上、下游邊緣線3條線上分別布設(shè)，每條線按照橋長布設(shè)21點，橋梁橫向線形測點在各幅橋跨中處橫橋向布設(shè)，測點設(shè)在車行道兩側(cè)及車行道中線處。

根據(jù)測量結(jié)果，對該橋分別計算其縱向坡度、橫向坡度，并與設(shè)計值比較。經(jīng)計算，橋面縱坡平均值分別為0.32%、0.33%、0.35%、0.36%，橋面縱坡設(shè)計值為0.3%，可以看出，橋面縱坡平均值在0.32%～0.36%之間，與設(shè)計值基本一致。橋面跨中橫坡實測值分別為1.56%、1.73%、1.53%、1.34%，橋面橫坡設(shè)計值為1.5%，可以看出，其中一橋面跨中橫坡值為1.34%，與設(shè)計值比較偏小，不利于排水。

4 橋梁無損檢測分析

4.1 混凝土保護層厚度

本次選取28個構(gòu)件，共計280個測區(qū)進行構(gòu)造筋及主筋混凝土保護層厚度檢測，各構(gòu)件測點數(shù)均為20，檢測結(jié)果如圖1所示。

圖1 混凝土保護層厚度檢測結(jié)果

根據(jù)該橋設(shè)計圖紙資料可知，預(yù)應(yīng)力空心板梁底構(gòu)造鋼筋保護層厚度設(shè)計值為35mm，臺帽主筋保護層厚度設(shè)計值為30mm。由圖1可知，抽檢的預(yù)應(yīng)力空心板梁底構(gòu)造鋼筋保護層厚度平均值為29mm～32mm，混凝土保護層厚度平均值多數(shù)小于設(shè)計要求，Dne/Dnd均在0.35～0.79之間，評定標(biāo)度為3-4，表示混凝土保護層厚度對結(jié)構(gòu)鋼筋耐久性有較大影響。抽檢臺帽主筋保護層厚度小于設(shè)計要求Dne/Dnd為0.69、0.63，評定標(biāo)度為4，表示混凝土保護層厚度對結(jié)構(gòu)鋼筋耐久性有較大影響。

4.2 混凝土碳化深度

本次選取28個構(gòu)件，共84個測區(qū)進行碳化深度檢測，檢測結(jié)果如圖2所示。

圖2 混凝土碳化深度檢測結(jié)果

檢測結(jié)果表明，該橋抽檢的預(yù)應(yīng)力空心板、橋臺臺帽、其混凝土碳化深度平均值為10mm，以上抽檢各構(gòu)件Kc值為0.20～0.45，碳化深度評定標(biāo)度均為1。比較實測混凝土保護層厚度，各構(gòu)件碳化平均深度均小于實測混凝土保護層厚度最小值，表明這些構(gòu)件內(nèi)部鋼筋目前不會由于表層混凝土碳化而發(fā)生全面銹蝕。

4.3 混凝土強度

本次選取28個構(gòu)件，共280個測區(qū)進行回彈檢測，實測結(jié)果如圖3所示。

圖3 混凝土強度無損檢測結(jié)果

根據(jù)該橋設(shè)計圖紙資料可知，預(yù)應(yīng)力空心板混凝土采用C50混凝土，橋臺臺帽采用C30混凝土。由圖3可知，抽檢預(yù)應(yīng)力空心板的混凝土強度推定值均大于50.0MPa，評定標(biāo)度為1，混凝土強度處于良好狀態(tài)。抽檢橋臺臺帽的混凝土強度推定值均大于30.0MPa，評定標(biāo)度為1，混凝土強度處于良好狀態(tài)。

4.4 混凝土電阻率

本次檢測選取某一板梁作為檢測對象，測點數(shù)為30，測得最小值為70000Ω·cm，標(biāo)準(zhǔn)差為3640Ω·cm，平均值為78900Ω·cm，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，可判斷其內(nèi)部鋼筋發(fā)生銹蝕的速度很慢。

5 全橋技術(shù)狀況評估

通過檢查和檢測，橋梁橋面系狀況指數(shù)BCI評分為79.5；橋梁上部結(jié)構(gòu)三跨狀況指數(shù)BCI評分分別為58.8、70.0、70.0，上部結(jié)構(gòu)綜合評分為66.3；橋梁下部結(jié)構(gòu)橋臺、橋墩狀況指數(shù)BCI評分分別為97.0、80.7、80.7、97.0，下部結(jié)構(gòu)綜合評分為88.8。橋梁部位權(quán)重分別為0.15、0.40、0.45，BCI評估等級分別為C、C、B，則全橋BCI評分為78.4，技術(shù)狀況總體評定為C級橋（合格狀態(tài)）。

6 承載能力分析

6.1 有限元模型建立

檢算荷載包括恒載和活載，計算跨徑均取19.94m，橋面鋪裝取厚0.09m的瀝青混凝土+0.10m的鋼筋混凝土。無損檢測結(jié)果表明，該橋兩邊幅空心板梁實測混凝土強度推定值最小為50.0MPa，檢算時偏安全考慮，取用混凝土設(shè)計強度和實測強度中的較小值，空心板梁混凝土強度采用設(shè)計值C50。該橋上部結(jié)構(gòu)空心板梁按四幅分幅獨立計算，現(xiàn)場檢查未發(fā)現(xiàn)車行道橋面存在縱向裂縫，故檢算時主梁間橫向聯(lián)系按完好狀態(tài)考慮。

采用midas Civil 2021計算軟件，按照梁格法建立鉸接模型進行計算，邊幅外邊梁為人行道，受力比邊幅內(nèi)邊梁小。中幅橋梁有限元模型如圖4所示。

圖4 中幅橋梁有限元模型

6.2 承載能力極限狀態(tài)

①正截面抗彎強度

根據(jù)承載能力檢算判式，主梁跨中截面最不利彎矩組合值及截面極限抵抗彎矩計算結(jié)果比較如表1所示。

主梁跨中正截面抗彎強度 表1

由表1可知，目前該橋空心板梁跨中截面抗彎承載能力能夠滿足原設(shè)計荷載城-A級的安全承載要求；考慮承載能力惡化系數(shù)0.02后，邊幅邊梁跨中承載力不能滿足現(xiàn)行規(guī)范城-A級荷載的安全承載要求，超限0.5%。

②斜截面抗剪強度

根據(jù)承載能力檢算判式，該橋上部結(jié)構(gòu)主梁梁端h/2處斜截面最大剪力組合值及斜截面抗剪強度比較如表2所示。

主梁梁端斜截面承載能力 表2

由表2可知，目前該橋空心板梁梁端抗剪承載能力能夠滿足原設(shè)計荷載城-A級級荷載的安全承載要求。

6.3 正常使用極限狀態(tài)

①主梁跨中截面上下緣應(yīng)力

正常使用狀態(tài)下邊幅邊梁、邊幅中梁、中幅邊梁、中幅中梁跨中截面上緣混凝土最大應(yīng)力分別為13.351MPa、13.203MPa、10.075MPa、12.848MPa，下緣混凝土最小應(yīng)力分別為-0.030MPa、-0.045MPa、1.121MPa、1.156MPa（“+”表示壓應(yīng)力，“-”表示拉應(yīng)力）。汽車荷載作用下，容許值為-1.855～+16.20MPa。

可以看出，在設(shè)計荷載城-A級中幅橋邊梁及中梁跨中截面下緣混凝土均出現(xiàn)拉應(yīng)力，但小于容許值，可滿足部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件的正常使用要求。

②主梁剛度

C50混凝土撓度增長系數(shù)ηθ=1.375，在靜活載作用下，該橋靜活載下邊幅邊梁、邊幅中梁、中幅邊梁、中幅中梁跨中最大撓度計算結(jié)果分別為9.4mm、9.0mm、8.0mm、8.0mm，撓度允許值為32.2mm。在城-A級荷載作用下，全橋空心板梁跨中撓度理論計算值小于規(guī)范允許值，豎向剛度滿足要求。

7 維修處理方法分析

7.1 專項維修處理措施

由于東邊跨空心板梁受火災(zāi)影響，梁底混凝土嚴(yán)重剝落，建議鑿除東邊跨被火灼傷的空心板梁梁底起殼混凝土，清理干凈后用聚合物修補砂漿補平，再用賽柏斯涂刷兩遍，以確保結(jié)構(gòu)的耐久性。若條件允許，可在受火燒影響的空心板梁梁底粘貼碳纖維布進行加固，以確保安全。

鑒于該橋各跨橋面鋪裝均出現(xiàn)多條縱向裂縫，部分裂縫對應(yīng)空心板梁間勾縫明顯滲水，建議鑿除全橋原混凝土鋪裝層，在板梁頂面補種植剪力筋，修復(fù)梁間損壞的剪力鉸，然后用C40鋼纖維混凝土重筑橋面鋪裝，適當(dāng)增加橋面混凝土鋪裝層的配筋量，恢復(fù)空心板梁間的橫向聯(lián)系，在鑿除橋面鋪裝混凝土過程中特別要注意對主梁的保護，在澆筑橋面鋪裝混凝土前務(wù)必將空心板梁頂面混凝土鑿毛處理。在改造橋面系的同時，將兩端橋頭鋼板伸縮縫改造為型鋼伸縮縫。

7.2 養(yǎng)護性維修處理措施

對全橋存在局部鋼筋銹脹、混凝土破損的構(gòu)件，先鑿除破損處疏松的混凝土，對鋼筋進行除銹并清理干凈后，再用修補砂漿進行修補。在全橋空心板梁梁底較低處鉆孔泄水。平順兩端橋頭接坡，對接坡局部凹陷、開裂處予以修復(fù)。

7.3 橋梁管養(yǎng)措施

目前對該橋?qū)嵤┛傊?0t限載，待維修完成后最高可實施總重30t限載。立即清除橋下易燃雜物，嚴(yán)禁傾倒垃圾，消除橋下火災(zāi)隱患，加強防火管理。維修完成后仍需加強日常養(yǎng)護及定期檢查，按規(guī)范要求定期對橋梁技術(shù)狀況進行檢查和檢測。

8 結(jié)論

通過對某火燒后裝配式預(yù)應(yīng)力空心板梁承載能力分析，得到如下結(jié)論：

①該橋部分板梁間底面勾縫明顯通長滲水，其對應(yīng)位置的梁間剪力鉸已損壞，這將導(dǎo)致橋面荷載橫向分布集中，大幅度降低上部結(jié)構(gòu)板梁的承載能力，應(yīng)及時對板梁間的橫向聯(lián)系進行維修處理；

②不考慮承載能力惡化系數(shù)0.02時，上部結(jié)構(gòu)中幅、邊幅主梁均能夠滿足設(shè)計荷載城-A等級的安全承載要求；考慮承載能力惡化系數(shù)0.02后，中幅主梁還能夠滿足設(shè)計荷載城-A等級的安全承載要求，邊幅邊梁不能滿足現(xiàn)行規(guī)范城-A級荷載的安全承載要求，但相差很少（0.5%），不影響正常使用；

③目前上部結(jié)構(gòu)主梁承載能力僅能夠滿足汽車-10級荷載的安全承載要求，若板梁間橫向聯(lián)系修復(fù)完好，上部結(jié)構(gòu)主梁承載能力滿足原設(shè)計荷載汽車-20級（含人群3.5kN/m2）、掛車-100的安全承載要求。