淺析公路簡支鋼橋的檢測(cè)驗(yàn)算

趙學(xué)新

銀川市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司（750001）

隨著時(shí)間的推移，任何公路橋梁都將成為舊橋，都會(huì)因各種原因不同程度地存在缺陷、病害，需要檢測(cè)、維修、加固和改造。所以，舊橋的檢測(cè)與維修將是一個(gè)永久性的技術(shù)課題。實(shí)踐證明，舊橋的檢測(cè)、評(píng)定與加固是一項(xiàng)既綜合繁雜，又在不斷發(fā)展創(chuàng)新、逐步完善的技術(shù)，也是當(dāng)今國際土木工程界所共同關(guān)心的熱點(diǎn)問題之一,同時(shí)也是橋梁建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要組成部分和關(guān)鍵技術(shù)之一。

在舊橋的檢測(cè)與維修過程中,由于檢測(cè)工作在其中起指導(dǎo)性的作用，而我國在上世紀(jì)八、九十年代所修建的橋梁基本上都進(jìn)入了檢測(cè)、加固的時(shí)期,在其中有為數(shù)不少的鋼橋，對(duì)于鋼橋的檢測(cè)就顯得比較重要。下面以一公路簡支鋼橋?qū)嵗齺磉M(jìn)行相應(yīng)的說明。

1 橋梁概況

該橋梁全寬9m、凈寬8.3m，縱向凈跨度約31m。上部結(jié)構(gòu)為鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu),主要承力構(gòu)件由12片組合式鋼桁梁并排組裝而成,每片鋼桁梁又由若干鋼框架單元沿縱向焊接而成，單元每個(gè)框架單元沿橋縱向長320cm，橫向?qū)?0cm，高170cm，主要由上弦桿、下弦桿、各類斜撐和橫系桿組成。鋼桁梁上設(shè)整體現(xiàn)澆鋼纖維混凝土橋面板,板厚20 cm,橋面兩側(cè)為分段安裝的預(yù)制混凝土護(hù)欄,護(hù)欄高135cm。下部結(jié)構(gòu)為漿砌條石輕型橋臺(tái),臺(tái)帽為鋼筋混凝土現(xiàn)澆而成。如下圖1、圖2分別為橋梁斷面布置圖和立面布置圖。

圖1 橋梁斷面布置圖

圖2 橋梁立面布置圖

2 結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

1）根據(jù)該橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定檢測(cè)內(nèi)容為:

①橋面系:橋面鋪裝、橋頭平順、伸縮縫、排水系統(tǒng)、護(hù)攔等。

②上部結(jié)構(gòu):上弦桿、下弦桿、斜桿、橫系桿等。

③下部結(jié)構(gòu):橋墩(臺(tái))、臺(tái)帽、臺(tái)身等。

2）本次檢測(cè)發(fā)現(xiàn):

①整體現(xiàn)澆的鋼纖維混凝土橋面板基本完好，未見有明顯的結(jié)構(gòu)性開裂或破損。

②鋼桁梁結(jié)構(gòu)表面防護(hù)普遍脫落,鋼體銹蝕較嚴(yán)重，對(duì)構(gòu)件有效承力截面有所削弱。靠近梁端局部因直接暴露于橋臺(tái)處滲漏的水漬，銹蝕最為嚴(yán)重,部分橫系桿件已基本銹斷。

③隨機(jī)抽取了十處主要焊接節(jié)點(diǎn)的焊縫進(jìn)行無損探傷的結(jié)果表明:連接上、下弦桿和斜撐的主要節(jié)點(diǎn)處焊接質(zhì)量較好，除一處發(fā)現(xiàn)有0.2mm的內(nèi)部缺陷外，其余焊縫未見有內(nèi)部缺陷。但橫系桿與縱向弦桿之間因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)焊接，焊縫質(zhì)量較差，抽查中發(fā)現(xiàn)有大于2mm的內(nèi)部缺陷存在。

3）對(duì)主要承力構(gòu)件以及外觀質(zhì)量不良或有其它嚴(yán)重病害的構(gòu)件，采用超聲回彈綜合法檢測(cè)了混凝土強(qiáng)度。每個(gè)部件測(cè)試十個(gè)測(cè)區(qū)，測(cè)區(qū)基本上均勻分布于被測(cè)構(gòu)件。該橋主要受力構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果如表1所示。該橋的混凝土構(gòu)件基本完好，未見有明顯結(jié)構(gòu)開裂及破損，混凝土構(gòu)件強(qiáng)度檢測(cè)推定值如表1所示,為安全起見確定混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度為20MPa。

3 承載能力驗(yàn)算

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，本次驗(yàn)算選擇該橋上部結(jié)構(gòu)主要承力構(gòu)件—鋼桁梁為分析對(duì)象,采用有限元結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行建模分析。由于缺乏地質(zhì)鉆探、材料試驗(yàn)、基礎(chǔ)試驗(yàn)和施工記錄等資料和數(shù)據(jù),本次不對(duì)墩臺(tái)和基礎(chǔ)承載能力進(jìn)行驗(yàn)算和評(píng)估。主要建模參數(shù)列舉如下:

1）材料參數(shù)

因該橋的設(shè)計(jì)和竣工圖紙等資料遺失，無法查證梁板等主要承力構(gòu)件的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等材料性能指標(biāo),結(jié)構(gòu)驗(yàn)算時(shí)取桁梁鋼筋為Q235型鋼。建模時(shí)將橋面鋪裝、磚砌護(hù)欄等附屬物統(tǒng)一容重為25kN/m3的均布二期荷載來考慮,護(hù)欄與鋪裝不參與結(jié)構(gòu)分析。

表1 超聲回彈法砼強(qiáng)度推算值

2）截面參數(shù)

因該橋的設(shè)計(jì)和竣工圖紙等資料遺失，無法查證梁板等主要承力構(gòu)件的截面幾何尺寸。本次檢算按現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)結(jié)果截面幾何尺寸進(jìn)行建模,模擬時(shí)視鋼桁架具體的銹蝕情況將其幾何尺寸進(jìn)行相應(yīng)的折減。

3）采用有限元程序?qū)υ摌蜻M(jìn)行模擬驗(yàn)算，采用梁單元來模擬鋼桁梁進(jìn)行計(jì)算。模型如圖3所示。

圖3 計(jì)算模型圖

4）荷載參數(shù)

結(jié)構(gòu)上下弦桿、斜桿、豎桿等一期恒載按自重方式加入，橋面板及橋面鋪裝、欄桿等以梁單元均布荷載方式回到上下弦上。考慮到該橋承建于上世紀(jì)90年代，其驗(yàn)算活載采用舊規(guī)范的汽-20、掛-100，滿人荷載采用4.5kN/m3來進(jìn)行計(jì)算。

4 驗(yàn)算結(jié)果

1）位移分析結(jié)果

經(jīng)計(jì)算分析得:正常使用階段結(jié)構(gòu)的最大豎向撓度為2.59cm，滿足最大豎向位移撓度容許值L/600=3280/600=5.46cm要求。

2）下弦桿應(yīng)力分析結(jié)果

本次驗(yàn)算主要考察結(jié)構(gòu)跨中截面下弦桿在荷載組合Ⅰ〔恒載+汽車〕、組合Ⅲ〔恒載+掛車〕兩種組合下，最大軸向應(yīng)力、最大豎向彎曲應(yīng)力、最大組合應(yīng)力是否滿足規(guī)范要求。

表2 下弦桿容許應(yīng)力驗(yàn)算結(jié)果（單位:MPa）

該橋梁最不利位置位于跨中附近。由表2數(shù)據(jù)可知，結(jié)構(gòu)在汽車-20、掛-100活載下均滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)論與建議

1）驗(yàn)算結(jié)果表明:在汽－20、掛－100 及 4.5kN/m3滿人荷載作用下，該橋跨中截面的組合應(yīng)力均大于荷載組合效應(yīng)，滿足規(guī)范要求；正常使用極限驗(yàn)算結(jié)果表明:在汽－20、掛－100及4.5kN/m3滿人荷載作用下，結(jié)構(gòu)剛度驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

2）由于鋼桁梁結(jié)構(gòu)表面防護(hù)普遍脫落，鋼體銹蝕較嚴(yán)重，建議對(duì)鋼桁架結(jié)構(gòu)的表面防護(hù)進(jìn)行維修、更換部分嚴(yán)重銹蝕的構(gòu)件；另外，建議增設(shè)橋面排水設(shè)施，避免橋面長期積水，以延長鋼纖維混凝土橋面板和橋面鋪裝的使用壽命。

3）為類似的橋梁工程提供參考。

[1]JTJ022－85,公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S][2]公路舊橋承載能力鑒定方法[S].試行,1988北京[3]JTJ021－89公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S]

[4]孫德軍.淺析公路橋梁常見病害及加固措施[J].黑龍江科技信息,2009,11

[5]胡金壽.淺談公路老橋加固技術(shù)與應(yīng)用[J].公路運(yùn)輸文摘,2003,06

[6]江雪玲,代征軍,王祖珍.橋梁加固的結(jié)構(gòu)承載能力驗(yàn)算.第二屆華東公路發(fā)展研討會(huì),2007