仁赤高速公路冷水溝大橋主橋橋梁檢測分析

稅銀平，蘇 龍，張世冀

（貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州貴陽 550001）

1 工程概況

冷水溝大橋主橋為三跨預應力混凝土連續剛構橋。橋梁起點樁號 K26+265.8，終點樁號K27+146.2，橋梁中心樁號 K26+706.0；主橋跨徑布置為 80 m+150 m+80 m，主橋長 310 m。全橋跨徑組成：12×40 m T 梁+（80+150+80）m 連續剛構+2 ×40 m T 梁。橋梁全長 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 結構外觀檢測分析

2.1 外觀檢查

試驗前對全橋結構外觀質量進行檢查，并對撓度測點和控制試驗斷面進行標記，對支座和伸縮縫進行了外觀檢查。經檢查發現該橋存在一些病害。

2.2 混凝土強度檢測

（1）回彈值計算

采用 ZC3-A 型回彈儀法進行混凝土強度檢測。根據不同橋梁的規模、結構型式、病害特征及損壞狀況等具體特點和規范要求，選擇進行混凝土強度檢測的頻率、抽樣范圍及測區數量，對不符合超聲回彈法檢測條件的構件如墩、臺、柱等采用回彈法檢測。

回彈法是用彈簧驅動重錘通過彈擊桿彈擊混凝土表面，并測出重錘被反彈回來的距離，以回彈值（反彈距離與初始長度之比）作為與強度相關的指標，來推算混凝土強度的一種方法。

（2）混凝土強度計算

由各測區的混凝土強度換算值得出結構或構件的測區混凝土強度平均值。當測區數不少于 10個時，還應計算強度標準差。平均值及標準差應按下列公式計算：

構件混凝土強度推定值（fcu,e）應按下列公式確定：

當該結構或構件測區數少于 10 個時，fcu,e=fccu,min，其中，fccu,min為構件中最小的測區混凝土強度換算值。

當構件的測區強度值中出現小于 10.0 MPa時，fcu,e<10.0 MPa；當構件的測區數不小于 10 個或按批量檢測時，應按公式 fcu,e=-1.645Sfccu計算。

對按批量檢測的構件，當該批構件混凝土強度值標準差出現以下情況之一時，則該批構件應全部按單個構件檢測：當該批構件混凝土強度平均值小于 25 MPa，大于 4.5 MPa 時；當該批構件混凝土強度平均值不小于 25 MPa，且不大于 60 MPa，大于 5.5 MPa 時。

（3）混凝土強度測試結果

“那好，我馬上下來。”其實易非知道，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。

本次混凝土強度檢測根據橋梁結構的型式，重點選取了橋梁結構的承重構件主梁進行了混凝土強度測定。對測試結果進行數據分析處理。可以發現，該橋左幅箱梁實測混凝土強度評定標度為 1，處于良好狀態，右幅箱梁實測混凝土強度評定標度為 1，處于良好狀態。

3 靜載試驗

橋梁靜力荷載試驗主要是通過測量橋梁結構在靜力試驗荷載作用下的變形和內力，比較橋梁結構的實際工作狀態能否滿足公路—Ⅰ級設計荷載作用下正常使用要求。測定項目及內容為橋面線形以及箱梁控制截面應變或應力等。

（1）測試內容與測試方法

應力（應變）測試：箱梁應力控制截面混凝土表面應力（應變），采用在混凝土表面粘貼阻值為120Ω、靈敏系數為 2.06、標距為 10 cm 的電阻應變片，匹配 DH3815N 靜態應變測試系統進行數據采集；撓度測試：箱梁控制斷面的撓度，采用高精密水準儀進行測量。

（2）實測數據整理及其分析

加載車輛參數，設置試驗車輛參數。

該橋在各加載工況下，得出箱梁的撓度實測數據及經換算的校驗系數。從實測數據來看，各偏載側主梁截面的撓度校驗系數均滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/T J21—2011）中小于 1 的要求。

4 動載試驗

4.1 動載試驗工況

（1）脈動試驗：在橋面無任何交通荷載以及橋址附近無規則振源的情況下，測定橋跨結構由于橋址處風荷載、地脈動、水流等隨機荷載激振而引起的橋跨結構微小振動響應，采用先進的分析技術得到橋梁結構的基頻。

（2）無障礙行車試驗：在橋面無任何障礙的情況下，用 1 輛載重汽車（1 臺車總重約 380 kN）同步以 20 km/h、30 km/h、40 km/h 的速度駛過橋跨結構，以測定橋梁在各種行車速度下測試斷面的響應動力時程曲線和最大動應變值。

（3）剎車試驗：采用 1 輛載重汽車（1 臺車總重約 380 kN）同時以 20 km/h、30 km/h 速度在預定的截面位置進行剎車，以測定橋梁在各種行車速度下測試斷面的響應動力時程曲線和最大動應變值。

4.2 動載試驗測試項目及其測試方法

（1）橋跨結構的振動響應（位移），采用在選定測點上安裝拾振器，匹配 DH5920 動態信號測試分析系統測量，并同時記錄其輸出信號。

（2）橋跨結構的動力反應，主要選取橋跨結構控制截面的豎向動應變作為主要測記項目，采用阻值為 120Ω、靈敏系數為 2.06、標距為 10 cm 的電阻應變片和 DH5920 動態信號測試分析系統對動應變進行信號采集和處理。

在測記橋跨結構振動響應時要注意保證信號完整，信號測記長度應足夠，并需照顧到各測記通道的動態范圍，小信號足夠靈敏，大信號不飽和，測記時應配有示波器監視振動響應信號的質量。

4.3 測點布置

行車試驗和剎車試驗測試截面布置在試驗跨跨中正彎矩最不利截面上，測點布置如圖1所示。

圖1 動載應變測點布置圖（單位：m）

4.4 實測數據整理及其分析

對于脈動試驗，使用 Midas 結構分析軟件對該橋進行特征值分析計算，得到第一階豎彎固有頻率為 1.19 Hz。根據動載測試的時域及頻域分析，可得到結構基頻試驗實測值為 1.47 Hz；根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/T J21—2011）中第 5.9 條的相關規定，宜根據實測自振頻率mi 與理論自振頻率 f的比值來確定自振頻率評定標度。該橋實測自振頻率mi 與理論自振頻率 fdi的比值為 1.24，因此確定自振頻率評定標度為 1。

對于無障礙行車試驗，該橋選定左右幅第13～15 跨正彎矩最不利截面進行試驗。試驗是載重車輛在無任何障礙的情況下，用 1 輛載重汽車（1 臺車總重約 380 kN）同步以 20 km/h、30 km/h、40 km/h 的速度駛過橋跨結構，用 DH5920 動態信號測試分析系統采集分析試驗數據，測定橋跨結構在運行車輛荷載的作用下的動態反應。根據橋梁振動的最大動應變幅值求出不同車速下橋跨結構的動態增量系數。

對于剎車試驗，采用 1 輛載重汽車（1 臺車總重約 380 kN）以 20 km/h、30 km/h 速度在測試跨正彎矩最不利截面（行車道）進行緊急剎車，測定主梁跨中截面的動應變及增量，以判斷橋梁在緊急剎車時的動力性能。得出時程曲線。

4.5 動載試驗總結

由動載試驗結果可知，左幅橋無障礙行車試驗最大動力系數為 1.162，對應的動態應變增量系數為 0.162；剎車試驗動力系數為 1.148，對應的動態應變增量系數為 0.148；右幅橋無障礙行車試驗最大動力系數為 1.103，對應的動態應變增量系數為 0.103；剎車試驗動力系數為 1.271，對應的動態應變增量系數為 0.209。分析動載試驗曲線和動態增量系數表明，橋梁左右幅振動響應均大于計算得出的規范允許值（0.052），表明橋梁振動響應較大，建議加強橋面養護管理，防止橋面出現較大的孔洞，對行車安全和舒適性不利。

5 總結

（1）外觀檢測

經過檢查發現該橋病害主要有：箱梁內部梁頂板發現縱向裂縫，腹板發現斜裂縫；箱外梁底發現縱向裂縫；右幅上齒塊發現橫向裂縫；箱內外多處發現蜂窩、麻面；跨中合攏段錯臺；橋面系左幅護欄露筋。

（2）靜載試驗

通過將加載時控制截面中測值較大測點的應變、撓度校驗系數ζ與《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/T J21—2011）中小于 1 的要求做對比。滿載時各工況下各截面的撓度測點校驗系數和應變校驗系數均滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/T J21—2011） 中小于 1 的要求，表明試驗跨結構剛度、承載能力均滿足公路—Ⅰ級設計荷載標準要求。

《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/T J21—2011）規定，主要控制測點的相對殘余應變和相對殘余撓度不大于 20%，實測數據換算結果表明實測相對殘余應變、相對殘余撓度在《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/T J21-2011）規定的范圍內，說明結構具有良好的線彈性狀態。

（3）動載試驗

通過 Midas 結構分析軟件對該橋進行模態分析計算，由理論計算得到第一階豎彎固有頻率為 1.19 Hz，試驗實測值為 1.47 Hz，實測自振頻率與理論自振頻率的比值為 1.24。根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/T J21-2011）中第 5.9 條的相關規定，確定自振頻率評定標度為 1。橋梁左右幅振動響應均大于計算得出的規范允許值（0.052），表明左右幅橋梁振動響應較大，建議加強橋面養護管理，防止橋面出現較大的孔洞，對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跨在試驗荷載作用下各截面的撓度校驗系數和應變校驗系數均小于 1，結構剛度、承載能力均滿足公路—Ⅰ級設計荷載標準要求。該橋能交付正常使用，但箱梁內部梁頂板發現縱向裂縫，腹板發現斜裂縫；箱外梁底發現縱向裂縫；右幅上齒塊發現橫向裂縫；箱內外多處發現蜂窩、麻面；跨中合攏段錯臺；橋面系左幅護欄露筋等病害。建議在通車運營前對上述局部缺陷進行修補處理。同時建議在通車運營后，有關管理部門要加強對橋梁的養護管理和定期觀測檢查。