受車輛撞擊后人行天橋的損傷評估

繆　鋒

(福建省永正工程質量檢測有限公司　福建福州　350012)

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受車輛撞擊后人行天橋的損傷評估

繆鋒

(福建省永正工程質量檢測有限公司福建福州350012)

某人行天橋受重車撞擊后出現(xiàn)損傷，為評估損傷后橋梁的技術狀況，通過對該橋采取外觀、無損檢測及荷載試驗，檢測結果表明車撞主要造成主跨鋼箱梁局部變形，對焊縫質量及橋面線形基本無影響，橋梁豎向自振頻率大于理論頻率，在靜載試驗下主梁強度與整體剛度滿足規(guī)范要求，但主梁局部變形處存在應力集中現(xiàn)象，綜合分析認為該車撞事故并不影響橋梁整體承載能力及其使用要求。

人行天橋；碰撞；損傷；承載能力；評估

0　引言

隨著城市交通量的增大，為保證行人的通行安全，城市出現(xiàn)越來越多的跨線鋼箱人行天橋。城市快速路車流量大且車速快，人行天橋有可能受到車輛的撞擊造成損傷，甚至導致整體垮塌。車-橋撞擊事故有2種類型：一種是超高車輛撞擊橋梁主梁等上部結構；另一種是車輛撞擊橋墩等下部結構，2類事故都可能給橋梁造成致命破壞[1]。

車輛與橋梁相撞是一個非常復雜的問題，決定撞擊荷載對橋梁損傷程度的因素很多，除橋梁本身的結構特性外，撞擊物的結構、剛度、撞擊點的位置、變形能力等都起至關重要的作用[2]。國內外學者針對車橋碰撞問題進行大量的數值模擬和試驗研究，但既有橋梁受碰撞后的損傷評估及事故處理方面研究相對較少。本文通過對受撞人行天橋展開一系列檢測工作，分析橋梁損傷性質，評估橋梁技術狀態(tài)及承載能力，為類似橋梁損傷事故提供一定工程借鑒。

1　工程概況

某人行天橋上部結構由主跨、自行車道和人行階梯三部分結構組成，其中主跨采用鋼箱梁結構，跨徑為29.00m，橋面總寬為3.50m，自行車道為現(xiàn)澆鋼筋砼連續(xù)梁，橋面寬為2.24m，人行階梯為現(xiàn)澆鋼筋砼斜板梁，梯道寬為1.74m；下部結構采用片石砼擴大基礎，鋼筋混凝土柱式墩；除鋼箱梁梁端設板式橡膠支座，自行車道與人行階梯均采用現(xiàn)澆梁板柱固結形式。本橋為人行與自行車通道橋，設計人群荷載為4.0kN/m2。橋梁立面圖及橫斷面圖如圖1、圖2所示。2013年3月15日凌晨，一輛三軸自卸式載重車車重約15t，以約70km/h的速度撞上該橋主跨鋼箱梁，被撞擊主梁腹板、底面出現(xiàn)局部變形及刮痕，現(xiàn)場照片如圖3所示。為查明該橋損傷情況，事故發(fā)生后，立即對該橋進行結構檢測評估。

2　檢測評估方案

本次橋梁檢測包括橋梁外觀檢測、無損檢測及荷載試驗：

(1)通過橋梁外觀檢查，全面了解橋梁技術狀況，主要包括車輛撞擊后主體結構的損傷狀況、 梁端和墩臺的相對位置、支座變形與移位、 梁體裂縫觀測， 橋梁附屬設施檢查。

(2)通過橋面線形觀測、焊縫無損探傷評估橋梁材質狀況與狀態(tài)參數。

(3)通過橋梁荷載試驗，掌握橋梁結構現(xiàn)階段的實際工作狀態(tài)，并與理論計算結果對比分析，綜合判定橋梁的承載能力狀況。

2.1靜載試驗方案

(1)靜載工況

根據橋梁主跨的結構特點及損傷狀況，選取跨中斷面及受損斷面作為控制斷面，如圖4所示，靜載試驗工況及測試內容如表1所示。

(2)試驗荷載效率

本次靜載試驗采用水箱加載方式，依據設計人群荷載進行等效布載，試驗效率為 =0.95～0.98，滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21—2011)[3]規(guī)定的荷載效率 的范圍要求，各工況試驗內力及荷載效率如表3所示。

表2　各工況試驗內力及試驗效率

(3)測點布置

應變測試采用電阻應變片和DH3815N型靜態(tài)應變儀進行采集。控制斷面為跨中斷面(1-1)、受損斷面(2-2)，1-1斷面布置3個應變測點；2-2斷面布置4個應變測點，其中測點4布置在梁底受損處。具體測點布置見圖5。

撓度采用精密水準儀進行測試。撓度測點布置在跨中斷面(1-1)、受損斷面(2-2)，每個斷面布置2個撓度測點，如圖6所示。

2.3環(huán)境脈動試驗方案

橋梁自振特性試驗是利用橋梁結構在各種隨機環(huán)境激勵(包括日常隨機車輛、行人、天然風、水流、地脈動的組合)下引起的振動響應，以分析橋跨結構的自振特性。測量采用DH5920動態(tài)信號測試分析系統(tǒng)，系統(tǒng)對位移、速度、加速度等物理量進行自動、準確、可靠的動態(tài)測試和分析。在主跨橋面一側布置豎向加速度傳感器，以觀測橋梁測試跨豎向前幾階振動頻率及振型，測點布置在主跨8等分點處，詳見圖7。

3　檢測結果與評定

3.1損傷檢測結果

通過對全橋外觀進行詳細檢查，由車輛撞擊造成的橋梁表觀損傷情況如下：

(1)主跨梁體腹板存在1處車輛刮擦痕跡，刮擦處梁體涂層剝落、鋼板外露銹蝕，面積約2.5m×0.2m；累計存在2處車輛碰撞痕跡，碰撞處鋼腹板最大凹陷深度約5.0mm，面積均約為0.2m×0.2m。主跨梁體底板存在1處車輛刮擦痕跡，面積約2.0m×1.8m，刮擦處鋼板最大凹陷深度約4.0mm，面積約0.8m×0.5m。

(2)1#墩東側防震擋塊存在剪切開裂現(xiàn)象，墩帽處支座橫向移位2.0mm。

3.2無損檢測結果

采用精密水準儀對主跨橋面進行水準測量，觀測橋梁的縱向線形。測線布置在橋面東側、西側及中心位置，按8等分布置，每條測線布設9個測點，全橋累計布設27個測點。橋面縱向線形觀測結果表明，主跨橋面實測線形基本平順，高程無明顯突變情況，如圖8所示。

對主跨鋼箱梁受損截面及未受影響截面焊縫進行超聲波探傷檢驗，分析車撞對焊縫質量的影響。檢測結果表明，所檢焊縫均未發(fā)現(xiàn)超標缺陷，焊縫質量均達到《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》(GB50205-2001)[4]規(guī)定的一級焊縫質量等級要求。

3.3靜載試驗結果

本次靜載試驗分四級加載，分別測試各級荷載作用下的控制斷面的應變與撓度，并觀測受損鋼箱梁底板的局部應力情況。

(1)控制截面應變測試結果

在各級荷載作用下，控制截面測點應變值與理論值的關系曲線如圖9、圖10所示。從圖中可看出主跨最大正彎矩斷面(1-1)理論應變與實測應變曲線規(guī)律一致，內力與應變基本成線性關系；而受損斷面(2-2)在各級荷載作用下實測應變與理論應變規(guī)律不一致，實測應變值加載前期相對較小，后期應變有點突變。

控制截面滿載應變檢測結果由表3可知：在各工況荷載作用下，實測控制截面的應變值均小于理論值，應變校驗系數在0.95～1.00之間，滿足規(guī)程(JTG/T J21—2011)中規(guī)定的校驗系數不大于1.0的要求。相對殘余應變在0～2.56%之間，滿足規(guī)程(JTG/T J21—2011)中規(guī)定的相對殘余應變不大于20%的要求。

表3　應變檢測結果

備注：表中應變以受壓為負值，受拉為正值

(2)控制截面撓度測試結果

在各級荷載作用下，控制截面測點撓度值與理論值的關系曲線如圖11、圖12所示。從圖中可看出主跨最大正彎矩斷面(1-1)及受損斷面(2-2)理論撓度與實測撓度曲線規(guī)律基本一致，隨著荷載的增加，截面內力與撓度近似線性增長。

控制截面滿載撓度檢測結果見表4，由表4可知：在各工況荷載作用下，實測控制截面的撓度值均小于理論值，撓度校驗系數在0.61～0.76之間，滿足規(guī)程(JTG/T J21—2011)中規(guī)定的校驗系數不大于1.0的要求。相對殘余變位為0.00%之間，滿足規(guī)程(JTG/T J21—2011)中規(guī)定的相對殘余變位不大于20%的要求。

表4　撓度檢測結果

備注：表中撓度以向下為負值，向上為正值

(3)受損處局部應力觀測

表5列出各級荷載作用下受損處應變測點應變與斷面測點實測平均值，受損截面凹陷處存在局部應力集中問題，滿載作用下受損截面凹陷處局部應變?yōu)?44με，是同一截面未受損部位實測平均值75με的1.92倍，退載后應變完全恢復。

表5　受損處應變結果

備注：表中應變以受壓為負值，受拉為正值

3.4環(huán)境脈動試驗結果

實測橋梁在環(huán)境荷載作用下加速度傳感器采集到的信號如圖13所示。將實測的加速度信號經過實驗模態(tài)分析可得，人行天橋實測豎向一階自振頻率為4.30Hz，大于理論計算值4.03Hz，實測振型與理論計算振型一致，且符合《城市人行天橋與人行地道技術規(guī)范》(CJJ69-95)[5]規(guī)定天橋上部結構豎向自振頻率不應小于3.00Hz的要求。實測與理論豎向第一階振型如圖14所示。

3.5檢測結果分析評定

(1)車輛撞擊對主跨鋼箱梁局部腹板與底板造成一定的損傷。

(2)主跨橋面線形基本平順，焊縫質量良好，基本未受車輛撞擊影響。

(3)橋梁靜載試驗表明，在等效設計荷載作用下，橋梁整體工作情況較好，主跨鋼箱梁截面強度與整體剛度均滿足規(guī)范要求。但受損鋼箱梁處局部存在應力集中現(xiàn)象，在試驗滿載作用下局部應力為30.24MPa，遠小于鋼材屈服應力。受損截面處實測應變規(guī)律與理論變化規(guī)律存在一定差異，這主要是由于箱梁局部變形后，應力重分布引起的。

(4)環(huán)境脈動試驗表明，人行天橋實測豎向一階自振頻率大于理論值，橋梁整體剛度較大，未受車輛撞擊影響。

綜上所述，本次車輛撞擊事故對橋梁局部造成一定損傷，但并不影響橋梁的整體使用功能，橋梁承載能力滿足設計荷載等級使用要求。

4　結語

結合橋梁檢測與分析評定結果，建議對該橋主跨鋼箱梁刮痕處進行涂層修復，對墩頂防震擋塊進行修補，箱梁局部變形可不處理。在橋梁后續(xù)使用過程中，日常巡查表明橋梁運營狀況良好，未發(fā)現(xiàn)異常情況。

[1]畢晨華.橋梁被車輛撞擊損傷后的承載力研究及損傷評估[D].重慶：重慶交通大學，2012.

[2]馬祥祿．跨線橋在超高車輛撞擊下的動態(tài)響應分析[D]．北京：北京工業(yè)大學，2009.

[3]JTG/T J21—2011中華人民共和國行業(yè)推薦性標準.公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2011.

[4]CJJ69-95 中華人民共和國行業(yè)標準.城市人行天橋與人行地道技術規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1996.

[5]GB50205-2001中華人民共和國國家標準.鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2002.

Damage evaluation of pedestrian bridge after vehicle collision

MIAO Feng

(Fujian Yongzheng Construction Quality Inspection Co.,Ltd,Fuzhou 350012)

A pedestrian bridge injured after heavy vehicles crash.To evaluate the technical condition of the bridge after injury,take the bridge appearance inspection,non-destructive testing and loading test.Test results show that the car hit the main cause local deformation of the main span steel box girder.It have almost no effect on the weld quality and deck line.Bridge vertical natural frequency is greater than the theoretical frequency.Under static load test,main beam strength and overall stiffness to meet regulatory requirements.But the site of the main beam local deformation stress concentration phenomenon.Comprehensive analysis indicated that the car accident does not affect the overall carrying capacity of the bridge and with the requirements.

Pedestrian bridge; Collision; Damage; Bearing capacity; Evaluation

繆鋒(1986-)，男，工程師。

E-mail:153849276@qq.com

2016-03-04

U44

A

1004-6135(2016)04-0089-05