無資料混凝土橋梁承載力鑒定

李功文 白捷

摘要：通過對無設計資料裝配式預應力混凝土橋梁進行外觀檢查，荷載試驗及結構檢算，對橋梁進行綜合評定，為橋梁的安全運營提供了保障，解決了無資料預應力混凝土結構承載力鑒定問題，創造了良好的社會效益和經濟效益。

關鍵詞：無資料預應力混凝土橋梁；外觀檢查；荷載試驗；結構檢算；承載能力鑒定

中圖分類號：U441 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）07-0121-04

1 概述

青海省玉樹結古路跨河橋位于結古鎮城區次干道結古路上，橫跨扎西科河。據調查，該橋建成于2005年，為3×20m的后張法預應力混凝土簡支空心板斜橋，斜交角度30°。橋面鋪裝為9.5cm混凝土鋪裝。主梁由高0.9m預制空心板和厚0.1m鋼筋混凝土現澆橋面板組成。邊板底面寬度1.24m，懸臂長0.26m；中板寬度1.24m。橋梁下部結構采用柱式墩臺，板式橡膠支座。上下游簡支板橋頭各設有兩道伸縮縫。橋面橫向布置為：1.69m（人行道）+9.0m（車行道）+1.69m（人行道）。

該橋經過地震后，需要評估其承載能力，雖通過多方調查，仍無法找到該橋設計資料，造成橋梁設計荷載及結構部分尺寸不詳。為了明確橋梁的荷載等級，有必要對該橋進行了承載力鑒定。

2 專項檢測內容

2.1 橋梁現狀檢查內容

根據結構檢算的要求，現狀檢查包含以下三部分項目：（1）上下部結構尺寸測量，如梁高，跨徑等；（2）主梁鋼筋分布情況掃描；（3）主梁混凝土強度測試。

2.2 靜荷載試驗內容

在結構調查基礎上，根據實測橋梁上下部結構尺寸、跨徑、混凝土強度、內部縱向和環向鋼筋布置，并結合類似結構的細部構造和預應力鋼絞線的配置情況，結合同時代橋梁上部構造通用圖，初步判斷該橋荷載等級后，通過荷載試驗進一步明確現狀下橋梁承載能力，荷載試驗主要包含以下內容：（1）測試橋梁控制截面在試驗荷載作用下各測點的應變，通過實測值與理論計算值的對比，評價結構的整體強度；（2）測試橋梁控制截面在試驗荷載作用下各測點的撓度，通過實測值與理論計算值的對比，評價結構的整體剛度；（3）測試受檢橋跨控制截面的裂縫變化情況。

2.3 結構檢算內容

根據現狀檢查結果及靜荷載試驗內容，對空心板進行極限承載能力和使用階段應力檢算，判斷橋梁在現狀下的承載能力。

3 檢測結論

3.1 橋梁現狀檢查結論

經過檢查該橋存在以下主要病害：（1）空心板共6條縱向斷續裂縫，最大裂縫寬度為0.20mm；1處網狀裂縫，寬度為0.16mm；（2）由于地震影響，導致4處墩臺擋塊及蓋梁和臺帽相應部位被擠裂，分別為機場岸橋臺擋塊、機場岸1號墩上下游側蓋梁擋塊和2號墩下游側蓋梁擋塊；（3）臺帽、橋墩蓋梁均存在10條豎向裂縫，a最大縫寬0.5mm。

3.2 梁體鋼筋分布情況檢查

為了明確梁體配筋情況，采用用日本的NJJ-95B手持式雷達系統進行鋼筋分布檢測，檢查結論如下：

（1）沿空心板底板橫向掃描。

圖1 空心板底板縱向鋼筋掃描圖

沿著掃描方向，可見每塊空心板中間部分縱向鋼筋較少，兩側鋼筋區域集中，屬于預應力管道的掃描影響，對比以往雷達掃描圖，根據經驗判斷，該截面屬于中間為矩形的后張法全預應力或A類預應力預制空

心板。

（2）沿空心板底板縱向掃描。沿空心板腹板縱向掃描，可見在空心板端部范圍內箍筋間距為10cm。箍筋直徑通過敲擊空心板邊緣，待箍筋出露后用游標卡尺量測確定為Ф10。

圖2 空心板端部側面環向鋼筋鋼筋掃描圖

3.3 混凝土強度及碳化深度檢測

根據《回彈法檢測混凝土強度規程》。最終推定混凝土強度為50.8Mpa。

表1 混凝土強度測試結果

構件名稱 平均值

（MPa） 標準差 碳化深度（mm） 強度推定值（MPa）

空心板底面 超出規程查表范圍 / 1.0 50.8

4 隱蔽結構尺寸推斷

空心板底板厚度及邊板外腹板厚度等可通過雷達掃描確定，但中間空心板內部尺寸如腹板厚度、頂板厚度以及邊板的頂板等無法測量，因此，根據已有空心板結構尺寸和鋼筋分布探測結果、下部結構尺寸以往部頒標準圖推斷出橋梁跨中斷面圖如圖3所示，其中橋面系尺寸為實測數據。

圖3 空心板跨中斷面圖

5 結構檢算

根據橋梁建成年限及梁高，墩柱尺寸以及橋寬等因素判斷，該橋設計荷載應該為：汽車-20級，掛車-100或汽車超-20級，掛車-120。因本橋無設計及竣工資料，橋梁內部結構尺寸及預應力鋼筋配置不詳，但該橋在玉樹災后重建過程中作為交通要道，通行荷載較大，并考慮到安全和規范已經更新等因素，因此按照公路-II級荷載進行結構檢算。

空心板外部結構尺寸、跨徑、普通鋼筋數量按實測值取用。空心板混凝土強度等級按C50取用。空心板內部結構尺寸和預應力鋼筋配置參照20.0m跨徑的空心板標準圖取用，考慮到本橋為通車已達6年的舊橋，且現狀檢查中未發現空心板出現橫向裂縫，因此不做抗裂驗算。

5.1 結構模型

該橋為斜交30?的裝配式后張法預應力空心板橋，采用MidasCivil有限元計算程序用梁格法進行計算。空心板截面高度1.0m（按計入橋面板厚度取值）。橫梁間距0.7829m，橫梁截面高度1.0m，采用二字形截面模擬，空心板間橫梁為鉸接。空心板鋼束配置為：邊板及中板配置共4根5Ф15.2低松弛鋼絞線；梁端部箍筋配置配置Ф10@10，每截面箍筋肢數為4肢，每截面箍筋肢數為2肢。成橋階段結構模型見圖4。

為了盡可能準確的模擬各板在車輛荷載最不利狀態，本模型中定義四個車道兩個偏人行道側的車道（組成偏載工況1）；兩個正載車道（組成正載工況）。

本模型分為三個施工階段：施工階段一：預制主梁，持續時間28天，該階段最后張拉預應力筋；作用的荷載有自重。施工階段二：架梁后施工鉸縫及橋面系，持續時間10天，最后加載二期恒載。施工階段三，持續時間3650天，用于計算混凝土的收縮徐變。結構荷載包括恒載：包括空心板自重，二期恒載。活載：公路-II級，人群：3.5kN/m2。梯度溫度：按10cm厚鋪裝層取值。結構設計安全等級：二級。荷載組合由MidasCivil軟件自動生成。

圖4 成橋階段模型

5.2 持久狀態承載能力極限狀態計算

計算結果表明，在現狀下邊板跨中截面極限承載能力滿足規范要求，圖5-圖6列出邊梁正截面抗彎承載能力驗算結果，其余梁片結果限于篇幅未列出。

圖5 1#梁抗彎承載能力極限狀態檢算結果（單位：kN.m）

圖6 1#梁抗剪承載能力極限狀態檢算結果（單位：kN.m）

5.3 檢算結論

簡支空心板橋正截面抗彎承載能力及斜截面抗剪承載能力均能滿足通行公路-II級，人群：3.5kN/m2荷載的要求。

6 靜載試驗

6.1 試驗截面及測點

根據本橋的結構特點，選取邊跨跨中正彎矩控制截面進行靜載試驗，應變及撓度測點布置如圖7所示。其中撓度測點采用精密水準儀及牽引式撓度進行觀測讀數；應變測點通過在測試截面各片空心板梁的下緣粘貼長標距應變片，進行荷載作用下的應變測量。

圖7 跨中截面應變及撓度測點布置示意圖

說明：“”標記為鋼筋應變測點；“”標記為撓度觀測點。

6.2 靜載試驗工況及加載效率

按《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》（試行）規定，試驗荷載效率滿足：0.80<η≤1.05的要求，以此確定最大用車數和車輛加載的縱向位置。

考慮到本次試驗為承載能力鑒定試驗，因此加載效率取高限。經計算分析，完成全部試驗工況，共需4輛330kN級載重汽車。

表2 測試截面控制內力及加載效率

測試截面 用車數（臺） 控制值kN.m 試驗值kN.m 荷載

效率

跨中截面 4 3482 3631 1.04

7 靜載試驗結果

7.1 應變測試結果

各控制截面應變測試結果列于表3～4中。

表3 正載應變結果（應變單位為：με）

截面 測點

編號 彈性應變Se 理論計算值Ss 校驗系數（Se/Ss）

跨中正彎截面k1 J1 59 62 0.94

J2 53 68 0.79

J3 69 82 0.85

J4 50 88 0.57

J5 60 91 0.66

J6 41 86 0.48

J7 41 80 0.52

J8 43 66 0.66

J9 37 60 0.61

7.2 撓度觀測結果

在最大試驗荷載作用下，各控制截面撓度觀測結果列于表5中。

7.3 靜載試驗的結果評定

根據應變及撓度測試結果，測點實測應變值小于其對應的理論計算值，應變校驗系數范圍為0.48～0.94，卸載后相對殘余應變均小于20%，測點實測撓度小于對應理論計算值，撓度校驗系數范圍為0.42～0.96，卸載后相對殘余變形均小于20%，表明橋梁的強度滿足要求且結構處于彈性工作狀態，橋梁剛度滿足要求。試驗加載過程中，梁體原有裂縫未見擴展。混凝土均未出現新裂縫。

表4 偏載應變結果（應變單位為：με）

截面 測點

編號 彈性應變Se 理論計算值Ss 校驗系數（Se/Ss）

跨中正彎截面k1 J1 74 97 0.76

J2 60 96 0.62

J3 73 98 0.74

J4 51 95 0.53

J5 54 84 0.64

J6 35 55 0.62

J7 34 43 0.80

J8 28 38 0.73

J9 74 97 0.76

表5 截面撓度結果

工況 測點位置 彈性變位

fe（mm） 計算值

fs（mm） 校驗系數

η（fe/fs）

正載 Jf1 3.1 4.2 0.74

Jf2 3.4 6.6 0.51

Jf3 3.2 7.0 0.46

Jf4 3.1 7.4 0.42

Jf5 3.8 4.1 0.93

偏載 Jf1 4.0 6.7 0.60

Jf2 3.5 7.8 0.45

Jf3 3.4 7.7 0.44

Jf4 3.3 6.7 0.49

Jf5 2.8 2.9 0.96

8 綜合評估

綜合上述各項檢查結論，結古路跨河橋能夠滿足公路-II級荷載作用下的正常使用要求，可繼續使用。

9 結語

（1）結古路跨河橋經過評估后繼續使用，在玉樹災后重建中發揮了重要作用。

（2）對無資料的橋梁做承載能力鑒定的一般程序為：先通過已知條件如建成年限、梁高、墩柱尺寸、橋寬等，再借助專項檢查手段如雷達掃描鋼筋數量、間距甚至結構尺寸，回彈法檢測混凝土強度等，結合橋梁設計年限的相關規范及通用圖初步確定橋梁的荷載等級，然后根據已知條件進行相應的結構驗算，最后通過荷載試驗最終進行驗證。采用上述方法對無資料預應力橋梁進行承載能力鑒定，取得了較好的經濟效益和社會效益，可供類似橋梁承載力鑒定時進行借鑒。

（3）在無資料的預應力橋梁承載能力鑒定中一些問題尚未解決，比如以目前的無損檢測技術，雷達可以掃描到箍筋的間距，但同一橫截面上的鋼筋肢數無法確定；同樣，鋼筋直徑尚無法測定，只有通過局部破損的方法兩側箍筋直徑；另外，預應力束的根數等尚未見有效的方法量側等。

（4）橋梁等結構物的建設資料管理在橋梁管養中占有非常重要的地位，若資料缺失，將給橋梁建成后的運營管養帶來很大的困難。

參考文獻

[1] 大跨徑混凝土橋梁的試驗方法.

[2] 公路工程技術標準（JTGB01-2003）[S].

[3] 公路橋涵設計通用規范（JTGD60-2004）[S].

[4] 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范

（JTGD62-2004）[S].

[5] 公路橋涵養護規范（JTGH11-2004）[S].

[6] 重慶公路工程檢測中心.玉樹結古鎮結古路跨河橋

承載能力鑒定檢查報告[R].2011.

作者簡介：李功文（1982—），男，湖南邵陽人，供職于招商局重慶交通科研設計院有限公司，碩士。