空腹式鋼筋混凝土拱橋檢測試驗淺談

季永明 季永興

近年來,隨著我國路網改造和道路等級的提升,交通量的日漸增大,對道橋通行能力的要求越來越高,加之20世紀建設的多數鋼筋混凝土拱橋已接近或超過橋梁設計年限,為保證橋梁正常使用功能,排除安全隱患,確定此類橋梁的實際使用狀況和承載能力顯得尤為迫切,如何對橋梁結構進行質量檢評成為熱點問題。本文以蘇州市工業園區跨塘老橋的檢測為例,對空腹式鋼筋混凝土拱橋檢測試驗方案及加固措施進行淺述。

1 橋梁概況

跨塘老橋位于蘇州工業園區友達光電與312國道之間,跨越運河——簍江。該橋上部結構為鋼筋混凝土肋拱橋,實測橋梁凈跨徑為45 m,橋梁凈寬5.8 m。

該橋建于20世紀70年代,橫向由4榀拱肋組成。橋梁主體結構的兩側邊拱肋有局部損壞,拱上結構立柱、橋面及欄桿等老化及破壞相當嚴重。為確定橋梁現有工作狀況,確保今后交通的安全和為橋梁加固(按設計荷載人群荷載3.5 kN/m2考慮)提供可靠的試驗依據,本次檢測按人群荷載3.5 k N/m2對該橋進行荷載試驗測試。

2 荷載試驗測試

根據交通部頒試行辦法[1],結合跨塘老橋的結構特征,選取主拱肋跨中、實腹段與空腹段交界處和拱腳截面為重點觀測對象。

2.1 測試檢測內容

2.1.1 橋梁現有狀況檢查

1)試驗孔的結構主要尺寸檢查;2)用回彈儀實測主拱的混凝土強度和碳化深度;3)結構各主要部位的外觀質量、裂縫觀察。

2.1.2 靜載試驗

1)檢測在外荷載作用下橋梁跨中截面、1/4跨截面和拱腳截面的應變分布情況;2)各拱肋在試驗荷載下,有無裂縫展開;3)兩拱腳是否存在水平位移。

2.2 測試截面

根據交通部頒試行辦法[1],結合跨塘老橋特性,選取拱肋跨中、實腹段與空腹段交界處和拱腳截面作為主要觀測截面,測試時注意隨時觀測各截面可能出現的裂縫及其展開值。截面及測點布置見圖1。

2.3 測試方法

1)應變測試:本試驗采用靜態電阻應變儀測量混凝土及鋼筋的應變;2)撓度觀測:在試驗橋跨的拱腳通過裝置在獨立的剛性比較大的支撐上的數顯式電子位移計或百分表直接測讀拱腳的水平位移;3)裂縫觀測:每一級加載前后,用裂縫觀測儀測讀裂縫寬度及裂縫的展開情況。

表1 主要構件混凝土強度回彈測試表

2.4 試驗荷載及加載試驗程序

根據要求按照人群荷載3.5 k N/m2的荷載要求進行加載試驗。因此,經過計算分析,采用一輛軸重為100 kN的試驗車輛(前軸重30 k N,后軸重70 k N)加載。

加載試驗效率按照人群荷載3.5 kN/m2的荷載要求控制在0.95～1.05之間。橋梁加載后工作狀況較差時,加載試驗效率取低限,試驗過程中對控制點的位移(或應變)進行監控。

3 試驗測試結果分析

3.1 橋梁裂縫調查及試驗情況

1)主拱肋除被船撞擊損壞之外,未檢查到垂直于拱肋方向的裂縫,試驗過程中亦未發現新的裂縫出現。2)拱肋橫向微彎板發現有兩條裂縫,裂縫寬度分別為0.22 mm和0.18 mm,試驗過程中裂縫的長度和寬度未見擴展。3)拱上結構中,立柱混凝土出現鼓裂,鋼筋外露銹蝕嚴重。4)橋面鋪裝層大面積損壞,橋梁欄桿混凝土嚴重脫落、老化。

3.2 混凝土強度回彈測試

從表1中可以看出,拱肋混凝土強度大于30 MPa;立柱混凝土強度低于20 MPa;微彎板混凝土強度低于25 MPa。該橋主拱肋的混凝土強度滿足要求,而其他部分混凝土強度不能滿足要求。

3.3 變形測試

試驗加載工況下,測試截面實測撓度分析值及殘余撓度值見表2。

表2 試驗加載跨中、拱腳截面實測撓度及殘余撓度表

從表2中可以看出:1)拱肋跨中的實測撓度較小,橫向分布不均勻,表明橋梁在跨中截面處的橫向連接較差。但是測試工況中殘余撓度不大,說明該橋梁結構剛度在試驗荷載范圍內工作正常;2)拱腳處在試驗荷載各工況下沒有附加位移發生,說明橋臺處的抗推能力滿足要求。

3.4 應變測試分析

從應變測試結果可以看出:1)該鋼筋混凝土肋拱橋跨中截面在試驗荷載各工況下混凝土實測應變離散較大,橋梁的橫向作用不太明顯。但是殘余應變在20%之內,主拱肋的回彈性能較好,說明該鋼筋混凝土肋拱橋跨中截面結構強度在恒載和試驗荷載共同作用下工作正常。2)該空腹式鋼筋混凝土拱橋1/4截面在試驗荷載下,混凝土實測應變分布比較均勻,表現出良好的整體性能,而且殘余應變較小,說明該空腹式鋼筋混凝土拱橋1/4截面結構強度在恒載和試驗荷載共同作用下工作正常。

4 結構性能評定

1)該橋梁主拱肋在試驗前后均未發現裂縫,其結構強度、剛度在恒載和試驗荷載共同作用下工作正常,該橋主拱肋目前能滿足人群荷載3.5 k N/m2的荷載要求;2)全橋橫向整體性能相對較差,橋面鋪裝大面積破壞,拱上立柱破壞嚴重,混凝土強度較低,已不能滿足運營要求;3)橋欄桿混凝土嚴重老化剝落,不能滿足使用要求;4)兩側橋臺有較大的抵抗水平推力的能力,橋梁有維修加固的潛力。

5 加固建議

1)對兩側邊拱外側及底部用鋼板粘貼補強,以增強防撞能力。2)拱上結構(包括立柱、橫系梁、橋面鋪裝及欄桿)全部拆除重建,并在橫向連接方面作相應的加強。

[1]交通部頒標準,公路舊橋承載能力鑒定方法[S].

[2]交通部頒標準,公路橋涵設計規范[S].