仁赤高速公路冷水溝大橋主橋橋梁檢測(cè)分析

稅銀平，蘇 龍，張世冀

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州貴陽(yáng) 550001）

1 工程概況

冷水溝大橋主橋?yàn)槿珙A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋。橋梁起點(diǎn)樁號(hào) K26+265.8，終點(diǎn)樁號(hào)K27+146.2，橋梁中心樁號(hào) K26+706.0；主橋跨徑布置為 80 m+150 m+80 m，主橋長(zhǎng) 310 m。全橋跨徑組成：12×40 m T 梁+（80+150+80）m 連續(xù)剛構(gòu)+2 ×40 m T 梁。橋梁全長(zhǎng) 880.4 m。最大橋高約 143 m。

該橋平面位于 R=1 350 m 的圓曲線、L s=324.037 m、450 m 的緩和曲線上；左幅橋縱面位于i1=-3.5%、i2=-2%、i3=-3%的縱坡上和 R1=20 000 m的凹曲線、R2=40 000 m 的凸曲線上，右幅橋縱面位于 i1=-2%、i2=-3%的縱坡上和 R1=40 000 m 的凸曲線上。

2 結(jié)構(gòu)外觀檢測(cè)分析

2.1 外觀檢查

試驗(yàn)前對(duì)全橋結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量進(jìn)行檢查，并對(duì)撓度測(cè)點(diǎn)和控制試驗(yàn)斷面進(jìn)行標(biāo)記，對(duì)支座和伸縮縫進(jìn)行了外觀檢查。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)該橋存在一些病害。

2.2 混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

（1）回彈值計(jì)算

采用 ZC3-A 型回彈儀法進(jìn)行混凝土強(qiáng)度檢測(cè)。根據(jù)不同橋梁的規(guī)模、結(jié)構(gòu)型式、病害特征及損壞狀況等具體特點(diǎn)和規(guī)范要求，選擇進(jìn)行混凝土強(qiáng)度檢測(cè)的頻率、抽樣范圍及測(cè)區(qū)數(shù)量，對(duì)不符合超聲回彈法檢測(cè)條件的構(gòu)件如墩、臺(tái)、柱等采用回彈法檢測(cè)。

回彈法是用彈簧驅(qū)動(dòng)重錘通過(guò)彈擊桿彈擊混凝土表面，并測(cè)出重錘被反彈回來(lái)的距離，以回彈值（反彈距離與初始長(zhǎng)度之比）作為與強(qiáng)度相關(guān)的指標(biāo)，來(lái)推算混凝土強(qiáng)度的一種方法。

（2）混凝土強(qiáng)度計(jì)算

由各測(cè)區(qū)的混凝土強(qiáng)度換算值得出結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度平均值。當(dāng)測(cè)區(qū)數(shù)不少于 10個(gè)時(shí)，還應(yīng)計(jì)算強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差。平均值及標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)按下列公式計(jì)算：

構(gòu)件混凝土強(qiáng)度推定值（fcu,e）應(yīng)按下列公式確定：

當(dāng)該結(jié)構(gòu)或構(gòu)件測(cè)區(qū)數(shù)少于 10 個(gè)時(shí)，fcu,e=fccu,min，其中，fccu,min為構(gòu)件中最小的測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值。

當(dāng)構(gòu)件的測(cè)區(qū)強(qiáng)度值中出現(xiàn)小于 10.0 MPa時(shí)，fcu,e<10.0 MPa；當(dāng)構(gòu)件的測(cè)區(qū)數(shù)不小于 10 個(gè)或按批量檢測(cè)時(shí)，應(yīng)按公式 fcu,e=-1.645Sfccu計(jì)算。

對(duì)按批量檢測(cè)的構(gòu)件，當(dāng)該批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度值標(biāo)準(zhǔn)差出現(xiàn)以下情況之一時(shí)，則該批構(gòu)件應(yīng)全部按單個(gè)構(gòu)件檢測(cè)：當(dāng)該批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度平均值小于 25 MPa，大于 4.5 MPa 時(shí)；當(dāng)該批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度平均值不小于 25 MPa，且不大于 60 MPa，大于 5.5 MPa 時(shí)。

（3）混凝土強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

“那好，我馬上下來(lái)。”其實(shí)易非知道，他是怕自己的工作服太臟，在她家沒地方坐。正好，下樓去，易非也可以跟他聊幾句。

本次混凝土強(qiáng)度檢測(cè)根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的型式，重點(diǎn)選取了橋梁結(jié)構(gòu)的承重構(gòu)件主梁進(jìn)行了混凝土強(qiáng)度測(cè)定。對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。可以發(fā)現(xiàn)，該橋左幅箱梁實(shí)測(cè)混凝土強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)度為 1，處于良好狀態(tài)，右幅箱梁實(shí)測(cè)混凝土強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)度為 1，處于良好狀態(tài)。

3 靜載試驗(yàn)

橋梁靜力荷載試驗(yàn)主要是通過(guò)測(cè)量橋梁結(jié)構(gòu)在靜力試驗(yàn)荷載作用下的變形和內(nèi)力，比較橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)能否滿足公路—Ⅰ級(jí)設(shè)計(jì)荷載作用下正常使用要求。測(cè)定項(xiàng)目及內(nèi)容為橋面線形以及箱梁控制截面應(yīng)變或應(yīng)力等。

（1）測(cè)試內(nèi)容與測(cè)試方法

應(yīng)力（應(yīng)變）測(cè)試：箱梁應(yīng)力控制截面混凝土表面應(yīng)力（應(yīng)變），采用在混凝土表面粘貼阻值為120Ω、靈敏系數(shù)為 2.06、標(biāo)距為 10 cm 的電阻應(yīng)變片，匹配 DH3815N 靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；撓度測(cè)試：箱梁控制斷面的撓度，采用高精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量。

（2）實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整理及其分析

加載車輛參數(shù)，設(shè)置試驗(yàn)車輛參數(shù)。

該橋在各加載工況下，得出箱梁的撓度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及經(jīng)換算的校驗(yàn)系數(shù)。從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，各偏載側(cè)主梁截面的撓度校驗(yàn)系數(shù)均滿足《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）中小于 1 的要求。

4 動(dòng)載試驗(yàn)

4.1 動(dòng)載試驗(yàn)工況

（1）脈動(dòng)試驗(yàn)：在橋面無(wú)任何交通荷載以及橋址附近無(wú)規(guī)則振源的情況下，測(cè)定橋跨結(jié)構(gòu)由于橋址處風(fēng)荷載、地脈動(dòng)、水流等隨機(jī)荷載激振而引起的橋跨結(jié)構(gòu)微小振動(dòng)響應(yīng)，采用先進(jìn)的分析技術(shù)得到橋梁結(jié)構(gòu)的基頻。

（2）無(wú)障礙行車試驗(yàn)：在橋面無(wú)任何障礙的情況下，用 1 輛載重汽車（1 臺(tái)車總重約 380 kN）同步以 20 km/h、30 km/h、40 km/h 的速度駛過(guò)橋跨結(jié)構(gòu)，以測(cè)定橋梁在各種行車速度下測(cè)試斷面的響應(yīng)動(dòng)力時(shí)程曲線和最大動(dòng)應(yīng)變值。

（3）剎車試驗(yàn)：采用 1 輛載重汽車（1 臺(tái)車總重約 380 kN）同時(shí)以 20 km/h、30 km/h 速度在預(yù)定的截面位置進(jìn)行剎車，以測(cè)定橋梁在各種行車速度下測(cè)試斷面的響應(yīng)動(dòng)力時(shí)程曲線和最大動(dòng)應(yīng)變值。

4.2 動(dòng)載試驗(yàn)測(cè)試項(xiàng)目及其測(cè)試方法

（1）橋跨結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)（位移），采用在選定測(cè)點(diǎn)上安裝拾振器，匹配 DH5920 動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)測(cè)量，并同時(shí)記錄其輸出信號(hào)。

（2）橋跨結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)，主要選取橋跨結(jié)構(gòu)控制截面的豎向動(dòng)應(yīng)變作為主要測(cè)記項(xiàng)目，采用阻值為 120Ω、靈敏系數(shù)為 2.06、標(biāo)距為 10 cm 的電阻應(yīng)變片和 DH5920 動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)對(duì)動(dòng)應(yīng)變進(jìn)行信號(hào)采集和處理。

在測(cè)記橋跨結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)時(shí)要注意保證信號(hào)完整，信號(hào)測(cè)記長(zhǎng)度應(yīng)足夠，并需照顧到各測(cè)記通道的動(dòng)態(tài)范圍，小信號(hào)足夠靈敏，大信號(hào)不飽和，測(cè)記時(shí)應(yīng)配有示波器監(jiān)視振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)的質(zhì)量。

4.3 測(cè)點(diǎn)布置

行車試驗(yàn)和剎車試驗(yàn)測(cè)試截面布置在試驗(yàn)跨跨中正彎矩最不利截面上，測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

圖1 動(dòng)載應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置圖（單位：m）

4.4 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整理及其分析

對(duì)于脈動(dòng)試驗(yàn)，使用 Midas 結(jié)構(gòu)分析軟件對(duì)該橋進(jìn)行特征值分析計(jì)算，得到第一階豎彎固有頻率為 1.19 Hz。根據(jù)動(dòng)載測(cè)試的時(shí)域及頻域分析，可得到結(jié)構(gòu)基頻試驗(yàn)實(shí)測(cè)值為 1.47 Hz；根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）中第 5.9 條的相關(guān)規(guī)定，宜根據(jù)實(shí)測(cè)自振頻率mi 與理論自振頻率 f的比值來(lái)確定自振頻率評(píng)定標(biāo)度。該橋?qū)崪y(cè)自振頻率mi 與理論自振頻率 fdi的比值為 1.24，因此確定自振頻率評(píng)定標(biāo)度為 1。

對(duì)于無(wú)障礙行車試驗(yàn)，該橋選定左右幅第13～15 跨正彎矩最不利截面進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)是載重車輛在無(wú)任何障礙的情況下，用 1 輛載重汽車（1 臺(tái)車總重約 380 kN）同步以 20 km/h、30 km/h、40 km/h 的速度駛過(guò)橋跨結(jié)構(gòu)，用 DH5920 動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)采集分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，測(cè)定橋跨結(jié)構(gòu)在運(yùn)行車輛荷載的作用下的動(dòng)態(tài)反應(yīng)。根據(jù)橋梁振動(dòng)的最大動(dòng)應(yīng)變幅值求出不同車速下橋跨結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)增量系數(shù)。

對(duì)于剎車試驗(yàn)，采用 1 輛載重汽車（1 臺(tái)車總重約 380 kN）以 20 km/h、30 km/h 速度在測(cè)試跨正彎矩最不利截面（行車道）進(jìn)行緊急剎車，測(cè)定主梁跨中截面的動(dòng)應(yīng)變及增量，以判斷橋梁在緊急剎車時(shí)的動(dòng)力性能。得出時(shí)程曲線。

4.5 動(dòng)載試驗(yàn)總結(jié)

由動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果可知，左幅橋無(wú)障礙行車試驗(yàn)最大動(dòng)力系數(shù)為 1.162，對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)應(yīng)變?cè)隽肯禂?shù)為 0.162；剎車試驗(yàn)動(dòng)力系數(shù)為 1.148，對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)應(yīng)變?cè)隽肯禂?shù)為 0.148；右幅橋無(wú)障礙行車試驗(yàn)最大動(dòng)力系數(shù)為 1.103，對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)應(yīng)變?cè)隽肯禂?shù)為 0.103；剎車試驗(yàn)動(dòng)力系數(shù)為 1.271，對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)應(yīng)變?cè)隽肯禂?shù)為 0.209。分析動(dòng)載試驗(yàn)曲線和動(dòng)態(tài)增量系數(shù)表明，橋梁左右幅振動(dòng)響應(yīng)均大于計(jì)算得出的規(guī)范允許值（0.052），表明橋梁振動(dòng)響應(yīng)較大，建議加強(qiáng)橋面養(yǎng)護(hù)管理，防止橋面出現(xiàn)較大的孔洞，對(duì)行車安全和舒適性不利。

5 總結(jié)

（1）外觀檢測(cè)

經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)該橋病害主要有：箱梁內(nèi)部梁頂板發(fā)現(xiàn)縱向裂縫，腹板發(fā)現(xiàn)斜裂縫；箱外梁底發(fā)現(xiàn)縱向裂縫；右幅上齒塊發(fā)現(xiàn)橫向裂縫；箱內(nèi)外多處發(fā)現(xiàn)蜂窩、麻面；跨中合攏段錯(cuò)臺(tái)；橋面系左幅護(hù)欄露筋。

（2）靜載試驗(yàn)

通過(guò)將加載時(shí)控制截面中測(cè)值較大測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變、撓度校驗(yàn)系數(shù)ζ與《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）中小于 1 的要求做對(duì)比。滿載時(shí)各工況下各截面的撓度測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)和應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)均滿足《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21—2011） 中小于 1 的要求，表明試驗(yàn)跨結(jié)構(gòu)剛度、承載能力均滿足公路—Ⅰ級(jí)設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)要求。

《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）規(guī)定，主要控制測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余應(yīng)變和相對(duì)殘余撓度不大于 20%，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)換算結(jié)果表明實(shí)測(cè)相對(duì)殘余應(yīng)變、相對(duì)殘余撓度在《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）規(guī)定的范圍內(nèi)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)具有良好的線彈性狀態(tài)。

（3）動(dòng)載試驗(yàn)

通過(guò) Midas 結(jié)構(gòu)分析軟件對(duì)該橋進(jìn)行模態(tài)分析計(jì)算，由理論計(jì)算得到第一階豎彎固有頻率為 1.19 Hz，試驗(yàn)實(shí)測(cè)值為 1.47 Hz，實(shí)測(cè)自振頻率與理論自振頻率的比值為 1.24。根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）中第 5.9 條的相關(guān)規(guī)定，確定自振頻率評(píng)定標(biāo)度為 1。橋梁左右幅振動(dòng)響應(yīng)均大于計(jì)算得出的規(guī)范允許值（0.052），表明左右幅橋梁振動(dòng)響應(yīng)較大，建議加強(qiáng)橋面養(yǎng)護(hù)管理，防止橋面出現(xiàn)較大的孔洞，對(duì)行車安全和舒適性不利。

綜上所述，仁赤高速公路冷水溝大橋主橋試驗(yàn)跨在試驗(yàn)荷載作用下各截面的撓度校驗(yàn)系數(shù)和應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)均小于 1，結(jié)構(gòu)剛度、承載能力均滿足公路—Ⅰ級(jí)設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)要求。該橋能交付正常使用，但箱梁內(nèi)部梁頂板發(fā)現(xiàn)縱向裂縫，腹板發(fā)現(xiàn)斜裂縫；箱外梁底發(fā)現(xiàn)縱向裂縫；右幅上齒塊發(fā)現(xiàn)橫向裂縫；箱內(nèi)外多處發(fā)現(xiàn)蜂窩、麻面；跨中合攏段錯(cuò)臺(tái)；橋面系左幅護(hù)欄露筋等病害。建議在通車運(yùn)營(yíng)前對(duì)上述局部缺陷進(jìn)行修補(bǔ)處理。同時(shí)建議在通車運(yùn)營(yíng)后，有關(guān)管理部門要加強(qiáng)對(duì)橋梁的養(yǎng)護(hù)管理和定期觀測(cè)檢查。