某下承式鋼筋混凝土拱橋的檢測(cè)評(píng)定

梁西建 孫秋彥

摘 要：本文主要采用外觀檢測(cè)、吊桿索力檢測(cè)和橋梁結(jié)構(gòu)線形檢測(cè)三種檢測(cè)手段對(duì)某下承式鋼筋混凝土拱橋進(jìn)行檢測(cè)，并綜合檢測(cè)結(jié)果分析得出符合橋梁現(xiàn)狀的技術(shù)狀況評(píng)定等級(jí)，為橋梁的維修加固提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：下承式;鋼筋混凝土拱橋;外觀檢測(cè);吊桿索力檢測(cè);橋梁結(jié)構(gòu)線形檢測(cè)

中圖分類號(hào)：U448.22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）14-0118-03

Inspection and Evaluation of a Through Reinforced Concrete Arch Bridge

LIANG Xijian1， 2 SUN Qiuyan3

（1.Henan Provincial Communications Planning and Design Research Institute Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450000;2. Henan Jiaoyuan Engineering Testing Technology Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450000;3. Henan Technical College of Construction ，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： Appearance detection， suspender cable force detection and bridge structure alignment detection were used to detect a through reinforced concrete arch bridge. Comprehensive detection and analysis were carried out to obtain the technical status evaluation grade which was in line with the bridge status quo， and provided a basis for bridge maintenance and reinforcement.

Keywords： underpass;reinforced concrete arch bridge;appearance detection;suspender cable force detection;bridge structural alignment detection

下承式鋼筋混凝土拱橋是我國早期建造的一種跨越河流、山谷等障礙物的橋梁結(jié)構(gòu)形式。對(duì)該類橋梁的現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)估主要采用外觀檢測(cè)、吊桿索力檢測(cè)和橋梁結(jié)構(gòu)線形檢測(cè)等方式，然后進(jìn)行綜合分析，得出橋梁技術(shù)狀況評(píng)定等級(jí)。

1 工程概況

某下承式拱橋?yàn)殇摻罨炷两Y(jié)構(gòu)，該橋拱肋為鋼筋混凝土箱型截面，橫梁為鋼筋混凝土矩形截面。該拱橋凈跨170m，矢高35m，拱肋高3.5m，寬1.5m。該橋柔性較大，橫向左、右兩根吊桿上端錨固于拱肋頂部，下部錨固于橫梁底部，橋面板放置于橫梁之上。結(jié)構(gòu)傳力方式為荷載→橋面板→橫梁→拱肋→拱腳→基礎(chǔ)。該橋設(shè)計(jì)荷載：汽車-超20級(jí)，掛車-120，人群荷載3.5kN/m2。橋梁橋跨布置如圖1所示。

2 檢測(cè)內(nèi)容與評(píng)定方法

2.1 混凝土構(gòu)件外觀檢測(cè)[1]

①拱肋、梁（板）底面是否損壞。②混凝土有無裂縫、

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圖1 橋跨布置示意圖

滲水、表面風(fēng)化、剝落、露筋和鋼筋銹蝕，有無堿集料反應(yīng)引起的整體龜裂現(xiàn)象。③結(jié)構(gòu)的跨中、支點(diǎn)及變截面處混凝土是否開裂缺損和出現(xiàn)鋼筋銹蝕。④橫向聯(lián)結(jié)構(gòu)件是否開裂、脫落，有無橫移或向外傾斜。⑤墩臺(tái)有無滑動(dòng)、傾斜、下沉。⑥混凝土墩臺(tái)及帽梁有無凍脹、風(fēng)化、開裂、剝落、露筋等。⑦墩頂頂面是否清潔，伸縮裝置處是否漏水。⑧橋面鋪裝：有無嚴(yán)重裂縫（龜裂、縱橫裂縫）、坑槽、波浪，橋頭是否發(fā)生跳車、裂縫等。⑨防水排水：橋下是否有滲水現(xiàn)象;排水系統(tǒng)是否通暢，排水管是否破壞、損傷、脫落、堵塞。⑩防撞護(hù)欄：防撞護(hù)欄是否存在損害等，除了交通事故或人為破壞造成的損害外，是否有由于橋梁結(jié)構(gòu)線形改變而導(dǎo)致防撞護(hù)欄出現(xiàn)裂縫。?伸縮裝置：伸縮裝置是否有異常變形，有無拉開或擠抵現(xiàn)象，是否有破損、脫落、漏水現(xiàn)象，是否有明顯的跳車。?標(biāo)志、標(biāo)識(shí)：橋上交通信號(hào)、標(biāo)志、標(biāo)線、照明設(shè)施是否損壞、老化、失效，橋上避雷裝置是否完善。

2.2 吊桿外觀檢測(cè)

①吊桿外觀檢查，包括吊桿有無浸水銹蝕、導(dǎo)管腐蝕等。②吊桿錨頭外觀有無銹蝕。根據(jù)外觀檢測(cè)情況，選取有代表性的吊桿錨頭，打開查看其銹蝕情況。

2.3 吊桿索力檢測(cè)

2.3.1 索力檢測(cè)方法。采用隨機(jī)環(huán)境激勵(lì)的測(cè)量方法，采集索在環(huán)境激勵(lì)下的振動(dòng)信號(hào)。當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)靈敏度不夠時(shí)，可采用人工激振。測(cè)量時(shí)應(yīng)臨時(shí)解除索的外置阻尼器。傳感器應(yīng)采用專用夾具或綁帶固定在索股上，安裝位置宜遠(yuǎn)離索股錨固端，測(cè)量索的面外橫向振動(dòng)。采樣頻率應(yīng)大于或等于索股第5階自振頻率的5倍，不低于100Hz。采用自譜分析方法，獲取索的多階自振頻率，獲取前5～10階自振頻率。按隨機(jī)信號(hào)處理的規(guī)定，合理選取分析數(shù)據(jù)長度、分析帶寬、譜線數(shù)、重疊率、窗函數(shù)及譜平均次數(shù)等分析參數(shù)，以減少分析誤差。根據(jù)實(shí)測(cè)的多階自振頻率中相鄰階的頻率差值判斷實(shí)測(cè)自振頻率的階次及漏頻情況。當(dāng)各相鄰階的頻率差值近似相等，且和測(cè)得的第1階頻率接近時(shí)，不存在漏頻現(xiàn)象;否則，存在漏頻現(xiàn)象。

2.3.2 索力計(jì)算方法?？刹捎没谇皫纂A實(shí)測(cè)頻率的索力計(jì)算方法和基于實(shí)測(cè)基頻的索力計(jì)算方法[2]。

2.3.2.1 基于前幾階實(shí)測(cè)頻率的索力計(jì)算方法。①根據(jù)實(shí)測(cè)的前幾階自振頻率值，按每一階自振頻率計(jì)算索力，一般宜取前5階計(jì)算值的均值作為索力實(shí)測(cè)值;②當(dāng)索的抗彎剛度可以忽略不計(jì)時(shí)，按公式（1）計(jì)算索力;③當(dāng)索的抗彎剛度不可忽視，且索兩端約束條件可簡化為簡支時(shí)，按公式（2）計(jì)算索力。

[T=4ρL2f2nn2] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

[T=4ρL2f2nn2-n2π2EIL2] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式中：T為索力;[fn]為索的第[n]階自振頻率;[L]為索的計(jì)算長度;EI為索的抗彎剛度;[ρ]為索的線密度。

2.3.2.2 基于實(shí)測(cè)基頻的索力計(jì)算方法。當(dāng)通過頻譜分析能得到索的自振基頻[f1]或雖然不能得到索的自振基頻[f1]，但實(shí)測(cè)前10階自振頻率中相鄰階的頻率差值近似相等時(shí)，可用頻率差值或多個(gè)頻率差值的均值替代基頻[f1]。

2.4 橋梁結(jié)構(gòu)線形檢測(cè)

橋面線形測(cè)點(diǎn)橫橋向布置橋面兩側(cè)慢車內(nèi)側(cè)兩條測(cè)線，縱向布置為沿橋面縱向每條測(cè)線共設(shè)置13個(gè)測(cè)點(diǎn)，全橋共計(jì)26個(gè)水準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)，具體測(cè)點(diǎn)位置如圖2所示。拱肋線形測(cè)點(diǎn)布置在拱背上，每個(gè)拱肋有16個(gè)測(cè)點(diǎn)，全橋共32個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置示意圖如圖3所示。

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圖2 橋面線形測(cè)點(diǎn)布置示意圖

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圖3 拱肋線形測(cè)點(diǎn)布置示意圖

2.5 橋梁技術(shù)狀況評(píng)定方法

橋梁技術(shù)狀況評(píng)定是依據(jù)橋梁檢查資料，通過對(duì)橋梁各部件技術(shù)狀況的綜合評(píng)定，確定橋梁的技術(shù)狀況等級(jí)。根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T H21-2011）[3]對(duì)全橋總體技術(shù)狀況等級(jí)進(jìn)行評(píng)定。公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定采用分層綜合評(píng)定與5類橋梁單項(xiàng)控制指標(biāo)相結(jié)合的方法，先對(duì)橋梁各構(gòu)件進(jìn)行評(píng)定，然后對(duì)橋梁各部件進(jìn)行評(píng)定，再對(duì)橋面系、上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行評(píng)定，最后進(jìn)行橋梁總體技術(shù)狀況的評(píng)定。

3 檢測(cè)結(jié)果與評(píng)定

3.1 外觀檢測(cè)結(jié)果

經(jīng)過檢測(cè)，該橋存在的主要病害為主橫梁豎向裂縫（見圖4），吊桿錨頭黃油失效、錨頭生銹（見圖5），橋面板混凝土破損、鋼筋銹蝕，橋面存在鋪裝坑槽等。拱肋未見明顯缺陷。

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圖4 主橫梁豎向裂縫

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圖5 錨頭黃油失效、錨頭生銹

3.2 吊桿索力檢測(cè)結(jié)果

經(jīng)檢測(cè)，吊桿索力實(shí)測(cè)值為869～1 398kN，如表1所示，而該橋吊桿索力標(biāo)準(zhǔn)值為2 200kN?？梢姡鯒U索力實(shí)測(cè)值小于索力標(biāo)準(zhǔn)值。

表1 吊桿索力檢測(cè)結(jié)果

[吊桿編號(hào) 左側(cè)吊桿/kN 右側(cè)吊桿/kN 1# 1 301 1 223 2# 1 226 1 296 3# 1 097 1 129 4# 1 136 1 158 5# 1 099 1 005 6# 987 999 7# 995 936 8# 896 869 9# 954 967 10# 902 873 11# 893 915 12# 1 023 978 13# 886 905 14# 935 965 15# 986 1 125 16# 968 957 17# 900 912 18# 932 899 19# 912 938 20# 905 927 21# 869 903 22# 900 889 23# 1 002 1 068 24# 1 125 1 168 25# 1 008 1 127 26# 1 398 1 258 27# 1 287 1 268 28# 1 325 1 274 ]

3.3 橋梁結(jié)構(gòu)線形檢測(cè)結(jié)果

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0

-50][1# ? 2# ?3# ? 4# ? 5# ? ?6# ? 7# ?8# ? 9# ?10# 11# 12# 13#

][測(cè)點(diǎn)][設(shè)計(jì)值][東側(cè)橋面實(shí)測(cè)值][西側(cè)橋面實(shí)測(cè)值]

圖6 橋面線形檢測(cè)結(jié)果

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20

10

0][0 ? 1 ? 2 ? 3 ? 4 ? ?5 ? 6 ? 7 ? 8 ? 9 ?10 ?11 12 13 14 15 16 17][測(cè)點(diǎn)][設(shè)計(jì)值][實(shí)測(cè)值]

圖7 左側(cè)拱肋檢測(cè)結(jié)果

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10

0][0 ? 1 ? 2 ? 3 ? 4 ? ? 5 ? 6 ? ?7 ? 8 ? 9 ?10 ?11 12 ?13 14 ?15 16 17][測(cè)點(diǎn)][理論值][實(shí)測(cè)值]

圖8 右側(cè)拱肋檢測(cè)結(jié)果

橋面線形測(cè)量結(jié)果和拱肋線形測(cè)量結(jié)果如圖6至圖8所示。由圖可知，橋面相對(duì)高程實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值基本吻合，拱肋高程實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值基本吻合。

3.4 橋梁技術(shù)狀況評(píng)定結(jié)果

該橋梁技術(shù)狀況評(píng)分為77.0，在[60，80）范圍內(nèi)，技術(shù)狀況評(píng)定等級(jí)為3類。橋梁技術(shù)狀況評(píng)定表如表2所示。

表2 橋梁技術(shù)狀況評(píng)定表

[部位 類別 評(píng)價(jià)部件 權(quán)重 構(gòu)件得分 分部得分 橋梁技術(shù)狀況評(píng)分 上部結(jié)構(gòu) 1 拱肋 0.39 80 72.4 77.0 2 橫向連接系 0.07 40 3 立柱 0.18 100 4 吊桿 0.18 55 5 系桿 - - 6 橋面梁 0.11 51 7 支座 0.07 69 下部結(jié)構(gòu) 8 翼墻、耳墻 - - 88.5 9 錐坡、護(hù)坡 0.02 85 10 橋墩 0.49 77.2 11 橋臺(tái) 0.49 100 12 墩臺(tái)基礎(chǔ) - - 13 河床 - - 14 調(diào)治構(gòu)造物 - - 橋面系 15 橋面鋪裝 0.40 55 63.0 16 伸縮縫 0.25 70 17 人行道 0.10 60 18 欄桿 0.10 60 19 排水系統(tǒng) 0.10 65 20 照明、標(biāo)志 0.05 100 ]

4 結(jié)語

①該下承式鋼筋混凝土拱橋結(jié)構(gòu)傳力簡單、明確，但由于該橋梁結(jié)構(gòu)無系桿對(duì)橫梁的約束和聯(lián)系，若有一根吊桿或橫梁出現(xiàn)問題，就會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)和通行安全造成嚴(yán)重影響。因此，需要重點(diǎn)檢測(cè)該類橋梁的主橫梁和吊桿的病害情況，逐根對(duì)主橫梁和吊桿進(jìn)行檢測(cè)。

②橋梁的病害程度、吊桿索力情況、結(jié)構(gòu)線形情況等共同影響該類橋梁結(jié)構(gòu)的安全。

③根據(jù)該橋的病害情況，結(jié)合吊桿索力和結(jié)構(gòu)線形的情況，將該橋技術(shù)狀況評(píng)定為3類。

通過對(duì)橋梁的技術(shù)狀況進(jìn)行評(píng)定，橋梁管理者對(duì)橋梁的運(yùn)行狀況有了一定了解，為橋梁服役及后期維修加固提供了依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國交通運(yùn)輸部.公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范：JTG H11—2004[S].北京：人民交通出版社，2004.

[2]中華人民共和國交通運(yùn)輸部.公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程：JTG/T J21-01—2015[S].北京：人民交通出版社，2015.

[3]中華人民共和國交通運(yùn)輸部.公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：JTG/T H21—2011[S].北京：人民交通出版社，2011.