基于外觀檢測和荷載試驗的單梁受力分析

張西強

(中交路橋技術有限公司，北京 100018)

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基于外觀檢測和荷載試驗的單梁受力分析

張西強

(中交路橋技術有限公司，北京 100018)

文章結合突泉北大橋橋梁狀況評定實踐，采取外觀檢查和靜載試驗相結合方法，對橋梁結構的實際工作狀況和承載能力進行了評定，確定了該橋具有單梁受力現象，按規范對橋梁結構進行綜合評估，確定了橋梁技術狀況等級。

橋梁狀況評定；外觀檢查；靜載試驗；承載能力；單梁受力；綜合評估；技術狀況等級

0 引言

隨著我國公路交通事業的迅速發展，公路交通量的快速增加以及車輛載重的不斷增大，橋梁檢查和養護重要性越來越突出，如何準確地對公路橋梁技術狀況做出評估，對橋梁結構承載能力做出評定，以確保橋梁結構安全，這是公路橋梁養護工作中非常關鍵的問題。

在進行橋梁技術狀況評定時，一般情況下，根據橋梁缺損狀況調查評估以及質量狀況檢測評定結果進行評定，當對橋梁技術狀況難以確定或對其承載力有所懷疑時，可以通過荷載試驗對橋梁的結構狀態和工作性能進行測試評估，確定其承載能力。通過外觀檢測和荷載試驗綜合分析，為橋梁維修改造，消除

安全隱患提供了科學、有效、準確的試驗檢測依據。

1 工程概況

內蒙古突泉北大橋位于突泉縣北出口，橋跨季節性河流，修建于1981年，為正橋，上部結構為6×20 m裝配式普通混凝土簡支T梁橋，橫向由7片主梁組成，梁高128 cm，梁間凈距140 cm；每跨5道橫隔板，中間3道，兩端各一道，橫隔板厚度為15 cm，兩片梁之間橫隔板通過鋼板焊接和2 cm濕接縫連接而成；下部結構為柱式墩臺，橋面凈寬9.0 m，兩側人行道各寬1.25 m，人行道欄桿為混凝土護欄。

圖1 突泉北大橋立面圖

在日常性檢查過程中，發現該橋橋面鋪裝出現了縱向裂縫，主梁出現豎向、橫向以及斜向裂縫，橫向連接系局部出現破損現象。為了確定該橋橋梁狀況，需要對該橋進行全面檢查和評估[1]。

2 橋梁外觀檢查

經過對橋梁進行外觀檢查，該橋存在的主要病害如下：

(1)橋面系：各伸縮縫內均積土，局部破損；人行道通長網裂，且局部破損；在部分主梁與主梁接縫處，橋面鋪裝出現縱向裂縫，初步判定為反射裂縫，可能存在單梁受力現象；全橋護欄扶手局部銹蝕，立柱根部局部斷裂松動。

(2)上部結構：主梁橫隔板連接區域出現開裂、局部破損、鋼板銹蝕現象；主梁翼緣局部銹蝕露筋、破損露筋；主梁支座至L/4區域腹板兩側出現大量斜向裂縫，而且部分裂縫寬度超過規范限值；L/4至3L/4區域主梁出現大量豎向裂縫，大多數豎向裂縫自梁底向上延伸，裂縫下寬上窄，而且裂縫長短不一，寬度不一，裂縫間隔20～40cm，部分裂縫寬度超過限值；全橋主梁梁底出現大量橫向裂縫，部分橫向裂縫貫通腹板，裂縫間隔20～40cm，部分裂縫寬度超過限值。

(3)下部結構主要病害為：蓋梁上方主梁均未設置抗震擋塊，橋墩蓋梁側面出現豎向裂縫，局部銹脹開裂，蓋梁前后側面有水跡，蓋梁上方雜物堆積。

3 橋梁荷載試驗分析

根據橋梁外觀檢查結果，跨中和支點部位存在結構性裂縫，橋面鋪裝存在縱向反射裂縫，橫向聯系存在局部破損現象。該橋是否真正存在單梁受力現象，將對該橋技術狀況評定以及加固維修方案起著決定性作用，為了進一步判定橋梁實際工作狀況，采取結合荷載試驗方法進行綜合分析。

3.1 橋梁荷載試驗方案

由于該橋缺少相關技術資料，經過實際勘察和相關技術資料比對，擬以公路-Ⅱ荷載標準采用有限元進行控制計算。據結構受力特點、病害特征以及相關規范要求，本次靜載試驗選取橋梁病害程度較嚴重第2跨分別對跨中、支點截面截面進行跨中最大正彎矩和支點最大剪力兩個工況的荷載試驗測試，并根據結果進行判斷是否能夠滿足公路-Ⅱ荷載要求[2-7]。

3.2 加載圖示及荷載分級

工況一：跨中最大正彎矩測試(A-A截面)

使用4輛重車進行加載。各級加載產生的單梁最大截面內力及荷載效率見表1，加載位置圖示見下頁圖2，加載荷載分級見表2。

表1 工況一荷載效應(彎矩)及荷載效率表

圖2 加載車位布置示意圖(單位：cm)

表2L/2控制彎矩工況荷載分級表

加載車位(m)加載等級第1級第2級第3級第4級第5級x7.55.54.53.52.5y7.55.54.53.52.5

工況二：支點最大剪力測試(B-B截面)

使用4輛重車進行加載。各級加載產生的單梁最大截面內力及荷載效率見表3，加載圖示見圖3。

表3 工況二荷載效應(彎矩)及荷載效率表

圖3 加載車位布置圖(單位：cm)

3.3 試驗結果分析

橋梁靜載試驗的觀測項目主要包括三個方面：(1)應力觀測；(2)變位觀測；(3)荷載試驗現象觀測。應力應變觀測主要是針對試驗所進行的各測試截面所對應的測試項目，試驗現象觀測主要是對試驗過程中結構或構件表面的開裂狀況進行檢查、有無異常的振動和響聲等。除此之外還應對試驗所處的環境進行觀測，如環境溫度等。

試驗曲線能夠非常直觀地反應試驗的結果，通過曲線來表示實測應變和理論計算值的比較情況、各控制點主要控制點的變位(應變)、撓度分布情況。通過這些曲線可以一目了然地對試驗結果進行評價，找出異常點、結構的工作狀態是否處于彈性狀態、判斷應變分布是否符合平截面假定等，有針對性地分析產生這些情況的原因、在結果中是否具有普遍性，從而對結構做出客觀準確的評價。

從圖4中可以看出，滿載時，測試截面橫橋向各梁梁底應變實測值曲線與計算值曲線不符，3#梁、4#梁應變出現突變，而且實測值大于計算值，說明橫向聯系較弱，整體受力不均勻，存在單梁受力現象[8]。

圖4 滿載時橫向各梁應變分布曲線圖

圖5 滿載時各梁撓度橫向分布曲線圖

從圖5中可以看出，滿載時，測試截面橫橋向各梁梁底撓度實測值曲線與計算值曲線不符，3#梁、4#梁應變出現突變，而且實測值大于計算值，該梁實際受力與理論不符，橫向聯系較弱，受力不均勻，存在單梁受力現象。

工況二為支點剪應力測試工況，本工況采用應變花測試各方向應變ε0、ε45、ε90，通過實測應變值推算最大剪應力τmax。

滿載時，實測最大剪應力與分析值如表4所示[9-10]。

表4 剪應力實測值與計算值表

從上表可以看出，在滿載作用下，實測剪應力推算值1.39MPa，根據試驗荷載求得的計算值為0.65MPa，實測值大于計算值，不能滿足強度要求，是梁端支點附近產生斜向裂縫的主要原因。

4 主要病害原因分析以及對結構影響

根據橋梁外觀檢查和荷載試驗結論，結合橋梁特征和自然環境，該橋產生病害的主要原因如下：

(1)橋面縱向裂縫為反射裂縫，基本上是沿著T梁與T梁接縫處展開，具有明顯規律性，縱向裂縫貫穿橋面，結合荷載試驗結果分析，判定為主梁具有單梁受力現象。該病害產生的主要原因是由于超載和橫向聯系失效等造成的。主梁翼緣具有滲水現象，橋面滲水使混凝土極易受到腐蝕，引起鋼筋銹脹，從而降低了混凝土耐久性。

(2)伸縮縫裝置是橋梁結構的重要構件，理想的伸縮縫裝置必須滿足上部結構梁與梁之間和梁與臺之間的位移；伸縮縫裝置的錨固是牢固可靠、經久耐用的，能夠抵抗機械磨損、碰撞；車輛行駛平穩、舒適；能防止雨水和垃圾滲入；伸縮縫局部破損，往往造成路面不平順，對行車安全造成不利影響，而且致使伸縮縫處跳車嚴重，車輛對主梁沖擊作用也隨之明顯變大，從而造成主梁結構損傷和結構性能減弱。

(3)腹板斜裂縫為結構性裂縫，腹板出現斜向裂縫主要是由于主拉應力超過抗拉強度或腹板抗剪不足引起的剪切病害。斜裂縫產生的原因為：斜裂縫首先發生在剪應力最大的支座附近，與梁軸線成45°左右開裂，隨著時間推移，不斷向受壓區和跨中方向發展，這類裂縫一般隨著荷載的變化而變化，很容易產生結構性破壞。

(4)腹板豎向裂縫和橫向裂縫，一類是由外荷載引起的裂縫，也稱結構性裂縫，表示結構承載力可能不足或車輛超載引起的，此類裂縫主要是梁底先產生橫向裂縫，進而由下向上發展成腹板豎向裂縫，此類病害容造成橋梁承載力降低；另一類裂縫是為非結構性裂縫，此類病害多位于薄腹板中部，中間寬兩頭細，為向上向下延伸，此類病害主要是由溫度變化、混凝土養護差、腹板上水平鋼筋少造成的收縮徐變產生裂縫，此類裂縫主要影響結構耐久性。

(5)橫隔板病害產生原因是T形簡支梁橋的翼緣板較弱，橫向聯結采用鋼板焊接，施工中的焊接質量不易保證而造成結構的橫向穩定性較弱，超載車輛通過后，引起梁體之間的接縫開裂、橫隔板鋼板焊縫開裂等病害；另外，施工原因導致的橫隔板沒有對齊，連接質量差，以及T梁間接縫質量差，混凝土不密實也是引起橫隔板病害原因之一。

此類病害容易引起橫系梁橫向傳力的功能減退，橋梁整體性變差，引起單梁受力結果，誘發主梁其他病害的產生。

(6)橋梁擋塊主要作用是防止橋梁在橫向地震力作用下發生橫向較大的位移橋，墩蓋梁上方未設置擋塊，對主橋橋跨主梁抗震不利。

5 檢測結果

經外觀檢查及技術狀況評估，結合靜載試驗結果進行綜合分析，突泉北大橋技術狀況等級評定為四類，該橋承載能力不能滿足公路-Ⅱ級荷載標準要求。

6 結語

荷載試驗對橋梁外觀檢查結果進一步進行分析，為該橋技術狀況評價提供了有力證據支持，檢測結果表明該橋處于差的狀態，根據《公路橋梁養護規范》(JTGH11-2004)3.5.4條，四類橋梁需進行大修或改造，及時進行交通管制，如限載、限速通過；在進行加固改造之前，應加強橋梁日常巡查和養護工作。

[1]JTGH11-2004，公路橋涵養護規范[S].

[2]JTGD60-2004，公路橋涵設計通用規范[S].

[3]JTGD62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

[4]JTGF80/1-2004，公路工程質量檢驗評定標準[S].

[5]JTG/TJ21-2011，公路橋梁承載能力檢測評定規程[S].

[6]宋一凡.公路橋梁荷載試驗與結構評定[M].北京：人民交通出版社，2002.

[7]諶潤水，胡釗芳.公路橋梁荷載試驗[M].北京：人民交通出版社，2003.

[8]藍 寶，花尉攀.MIDAS在橋梁檢測荷載試驗仿真中的應用[J].低溫建筑技術，2009(5)：55-57.

[9]李廉錕.結構力學[M].北京：高等教育出版社，2005.

[10]劉鴻文.材料力學[M].北京：高等教育出版社，2011.

Single-beam Stress Analysis Based on Appearance Inspection and Load Test

ZHANG Xi-qiang

(CCCC Road and Bridge Consultants Co.，Ltd.，Beijing，100018)

Combined with bridge condition assessment practices of Tuquan North Bridge，and by using the method of both appearance inspection and static load test，this article evaluated the actual working conditions and carrying capacity of bridge structure，determined that this bridge has the phenomenon of single-beam stress，then the bridge structure was comprehensively assessed according to specifica-tions to determine the technical condition rating of the bridge.

Bridge condition evaluation；Appearance inspection；Static load test；Carrying capacity；Single-beam stress；Comprehensive evaluation；Technical status rating

張西強(1980—)，碩士研究生，主要從事橋梁檢測與加固工作。

U446.2

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.11.015

1673-4874(2015)11-0068-04

2015-10-11