T構(gòu)橋承載能力評定研究

黃木雄

（中路高科交通檢測檢驗認證有限公司廣東分公司，廣東 廣州 511442）

1 項目概況

1.1 橋梁概況

某高速公路已通車20多年，雙向6車道，設(shè)計速度為120km/h，設(shè)計荷載為汽車-超20級、掛車-120。某大橋位于該高速公路上，大橋全長670m，跨徑組成為32.50m+51.25m+3×70.00m+51.25m+10×32.50m，共16跨。大橋上部結(jié)構(gòu)主要為帶掛梁的T構(gòu)，南北行分離，掛梁采用預應(yīng)力混凝土T梁；下部結(jié)構(gòu)為混凝土樁基礎(chǔ)、實體承臺（南北行公用）、方柱式橋墩。橋面采用10cm厚40號鋼筋混凝土和8cm厚瀝青混凝土；兩側(cè)采用鋼筋混凝土防撞護欄。橋梁立面布置如圖1所示。

圖1 某大橋立面布置示意圖（單位：cm）

1.2 近期橋梁檢測情況

2014年大橋定期檢測情況：技術(shù)狀況等級為2類，上部主要結(jié)果是懸臂腹板6條豎向裂縫及少量破損露筋，下部主要結(jié)果是原維修處現(xiàn)狀良好。

2016年大橋定期檢測情況：技術(shù)狀況等級為2類，上部主要結(jié)果是T構(gòu)懸臂橫梁側(cè)面少量豎向裂縫及存在多處破損露筋，下部主要結(jié)果是個別墩柱存在局部破損、小面積露筋等現(xiàn)象。

2 檢測目的

（1）對結(jié)構(gòu)混凝土及內(nèi)部鋼筋狀況進行檢測，掌握混凝土及鋼筋材質(zhì)狀況。

（2）測定橋跨控制截面的應(yīng)變和撓度，并與理論計算值比較，以檢驗控制截面實測值是否滿足設(shè)計要求。

（3）根據(jù)結(jié)構(gòu)在橋面無交通荷載以及橋址附近無規(guī)則振源的情況下橋梁的振動頻率、阻尼比，及在試驗動荷載作用下橋跨結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)，評定結(jié)構(gòu)的動力性能。

3 檢測內(nèi)容及方法

3.1 檢測內(nèi)容

（1）專項檢測。為了解掌握既有結(jié)構(gòu)的材質(zhì)狀況，給橋梁承載能力評定、耐久性評定提供依據(jù)，對主體結(jié)構(gòu)進行混凝土抗壓強度、碳化深度、鋼筋保護層厚度、鋼筋的半電池電位、混凝土氯離子含量、混凝土電阻率、裂縫、抗拉強度（碳纖維布拉拔試驗）、鋼對C45混凝土正拉黏結(jié)強度（鋼板拉拔試驗）、混凝土缺陷（表觀及內(nèi)部缺陷）、懸臂端部豎向預應(yīng)力筋錨頭滲水專項檢測。結(jié)合結(jié)構(gòu)材質(zhì)檢測結(jié)果，評價分析構(gòu)件的耐久性。

（2）荷載試驗。通過對典型橋梁結(jié)構(gòu)進行荷載試驗以評估橋梁結(jié)構(gòu)實際工作狀態(tài)、T梁橫向傳力狀態(tài)，為橋梁等承載能力的評價及后期管理養(yǎng)護提供依據(jù)或參考。

（3）橋梁承載能力評定。根據(jù)外觀（利用2016年定期檢查結(jié)果）、專項、荷載試驗的結(jié)果，建立計算分析模型，分析橋梁的承載能力。

3.2 檢驗方法

（1）靜荷載試驗方法。靜力試驗荷載擬采用重350kN的三軸載重汽車充當，加載標準車參數(shù)如圖2、表1所示。具體試驗方法：①采用精密水準儀測量主梁主要控制截面的豎向位移。②采用在混凝土表面安裝應(yīng)變計測量主梁控制截面混凝土應(yīng)力（應(yīng)變），通過計算機采集數(shù)據(jù)。③在主梁裂縫觀測試驗加載前，詳細檢查主梁可能出現(xiàn)裂縫的位置（如跨中附近截面、支點）。如果在加載前結(jié)構(gòu)沒有裂縫，則詳細檢查在試驗過程中和試驗后有沒有因試驗加載而出現(xiàn)新裂縫；如果結(jié)構(gòu)在加載前已有典型裂縫，則在裂縫處安裝測縫計監(jiān)測試驗過程中裂縫寬度的變化，并在加載后詳細檢查原裂縫長度有沒有發(fā)展，同時觀測有沒有新裂縫產(chǎn)生。

圖2 加載標準車參數(shù)圖

表1 加載車輛技術(shù)參數(shù)表

（2）動荷載試驗方法。為評價結(jié)構(gòu)動力性能，試驗包括脈動試驗和無障礙行車試驗。①脈動試驗。第一，動力荷載試驗及其方式。為了測定由橋址處風荷載、地脈動和水流等隨機荷載激勵引起的橋跨結(jié)構(gòu)微幅振動響應(yīng)，需在橋面無交通荷載及橋址附近無規(guī)則振源的情況下，分析振動信號獲得動力特性參數(shù)，如固有頻率和阻尼比。第二，測點布置。主梁振動測點選取各跨的4分點，在橋面上游側(cè)橫向布置水平拾振器，在橋面上、下游側(cè)均布置豎向拾振器，測試主橋動力參數(shù)。第三，測試儀器。為保證試驗的可靠性及精度，測試儀器采用中國地震局工程力學研究所生產(chǎn)的采集儀、拾震器及相關(guān)分析軟件采集動態(tài)測試數(shù)據(jù)并進行后期分析與處理。②無障礙行車試驗。第一，動力試驗荷載及其作用方式。根據(jù)現(xiàn)場檢測條件，在橋面無任何障礙的情況下，試驗時采用2輛重350kN的試驗車并排橫向?qū)ΨQ布置，測定橋跨結(jié)構(gòu)分別在30km/h、40km/h、50km/h速度同向?qū)ΨQ勻速駛過橋跨結(jié)構(gòu)的車輛荷載作用下的動力反應(yīng)，檢測沖擊效應(yīng)。第二，測記項目及測記方法。采用動態(tài)應(yīng)變儀測試動應(yīng)變。第三，測點布置。無障礙行車、XX大橋T構(gòu)頂?shù)装甯鞑荚O(shè)1個動應(yīng)變測點。

4 承載能力評定

橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力包括對結(jié)構(gòu)強度、穩(wěn)定性和剛度的檢算和鑒定。根據(jù)相關(guān)規(guī)程要求，在常規(guī)檢查及專項檢查完成后，根據(jù)檢查結(jié)果，通過檢算分析確定橋梁結(jié)構(gòu)承載能力能否滿足要求。

評價橋梁的承載能力是在橋梁外觀檢查和有關(guān)檢測結(jié)果基礎(chǔ)上對橋梁實際承載能力作出評定。結(jié)合橋梁的特點，在設(shè)計規(guī)范的基礎(chǔ)上，引入橋梁檢算系數(shù)（Z1或Z2）、承載能力惡化系數(shù)（ξe）、截面折減系數(shù)（ξc、ξs）和活載影響修正系數(shù)（ξq）的方法進行修正，并通過比較判定承載能力狀況。

最后，我想說孩子的教育不只是學校的事情，其實最最重要的教育不是學校教育，而是家庭教育。只有我們家校合育才能培養(yǎng)出越來越棒的孩子們。

按《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21—2011），在橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的檢測及荷載試驗結(jié)果基礎(chǔ)上，確定檢算系數(shù)（Z1或Z2）、承載能力惡化系數(shù)（ξe）、截面折減系數(shù)（ξc、ξs）和活載影響修正系數(shù)（ξq）的合理取值。

（1）確定承載能力惡化系數(shù)（ξe）。對于配筋混凝土結(jié)構(gòu)，根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件表觀缺損狀況等的檢測評定結(jié)果，采用考慮各指標影響權(quán)重的綜合評定方法，計算評定值Ej，并根據(jù)環(huán)境條件，取用承載能力惡化系數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場檢查，對各檢測指標進行評定，如表2所示。根據(jù)表2確定惡化狀況評定值Ej為1.32，由此確定承載能力惡化系數(shù)ξe=0.026。

表2 主梁惡化狀況評定表

（2）確定截面折減系數(shù)（ξc、ξs）。根據(jù)現(xiàn)場檢查情況分別對各檢測指標給出評定標度值，計算得到構(gòu)件截面損傷的綜合評定值R，如表3所示。根據(jù)截面損傷的綜合評定值R，得出截面折減系數(shù)ξc=0.987。掛梁跨中附近、T構(gòu)牛腿和T構(gòu)墩頂預應(yīng)力混凝土的截面折減系數(shù)ξs值的確定：配筋混凝土主梁沿鋼筋出現(xiàn)裂縫，寬度小于限值，確定評定標度值為1，鋼筋截面折減系數(shù)ξs=0.980。

表3 截面損傷狀況評定表

（3）確定活載影響修正系數(shù)（ξq）?；钶d修正系數(shù)取1.0。

（4）確定檢算系數(shù)Z2。取用荷載試驗實測的主要撓度測點和主要應(yīng)變（應(yīng)力）測點的校驗系數(shù)較大者，按照《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）第8.3.3條確定橋梁承載能力檢算系數(shù)Z2代替Z1進行承載能力極限狀態(tài)評定計算。根據(jù)各跨靜荷載試驗主要結(jié)果匯總表，計算得出Z2值，如表4所示。

（5）承載能力極限狀態(tài)評定計算。橋梁承載能力極限狀態(tài)，根據(jù)檢測結(jié)果按照式（1）計算。式1中，各參數(shù)取值匯總?cè)绫?所示。

表4 各個截面Z2取值匯總表

表5 檢算系數(shù)及評定參數(shù)取值匯總表

（6）承載能力評定結(jié)果?；跈z測結(jié)果，評定掛梁跨中、T構(gòu)牛腿、T構(gòu)墩頂截面的內(nèi)力，結(jié)果如表6所示。由表6可知：J1、J3截面彎矩最大作用效應(yīng)均小于結(jié)構(gòu)抗力，滿足原設(shè)計規(guī)范的承載能力要求；J2截面剪力最大作用效應(yīng)小于結(jié)構(gòu)抗力，滿足原設(shè)計規(guī)范的承載能力要求。

表6 基于檢測結(jié)果的承載能力評定計算結(jié)果

5 結(jié)束語

（1）選取上下部結(jié)構(gòu)混凝土強度、碳化深度、T構(gòu)橫向、縱向鋼筋保護層厚度、鋼筋銹蝕狀況、氯離子含量、混凝土電阻率，其檢測結(jié)果評定標度均為1。

（2）選取的鋼板拉拔試驗、碳纖維布試驗檢測區(qū)組結(jié)果全部合格，橋梁懸臂端部現(xiàn)狀良好，未發(fā)現(xiàn)存在滲水、泛白、水跡等現(xiàn)象。

（3）該橋總選取了5條典型的裂縫進行檢測，檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)裂縫寬度為0.08～0.14mm，縫寬最大（0.14mm）處裂縫深度為22.37mm，混凝土內(nèi)部密實性基本正常，混凝土表面平整。

（4）靜力荷載試驗結(jié)果。①按照規(guī)范計算，J1、J2、J3測試截面在工況1～3試驗荷載作用下，測試跨測試截面承載能力滿足設(shè)計荷載等級要求，應(yīng)變和撓度校驗系數(shù)均不大于1.0。但根據(jù)規(guī)范計算時，J2截面校驗系數(shù)最大為1.0，說明該截面剛度安全儲備不足。②試驗前，對試驗跨掛梁、T構(gòu)應(yīng)變等結(jié)構(gòu)混凝土進行了詳細檢查，未發(fā)現(xiàn)可見裂縫。試驗過程中及試驗后，測試截面以及附近區(qū)域，未發(fā)現(xiàn)新增可見裂縫。

（5）動力荷載試驗結(jié)果。①脈動試驗結(jié)果：實測頻率均大于計算頻率。②無障礙行車及制動試驗結(jié)果：速度超過40km/h時，動力系數(shù)實測值略大于計算值，說明橋面鋪裝質(zhì)量對行車不利，應(yīng)注意橋面線形和平整度差對橋梁的不良影響。

（6）承載能力評定結(jié)果?；跈z測結(jié)果的承載能力評定結(jié)果，可知結(jié)構(gòu)最大作用效應(yīng)/結(jié)構(gòu)抗力均小于1，承載能力滿足要求。

（7）該橋驗算結(jié)果相對規(guī)范《公路鋼筋混凝土及預應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTJ 023—85）校驗系數(shù)偏小，建議加強橋梁的撓度、應(yīng)變的監(jiān)測，確保橋梁的營運安全。

（8）加強橋梁的檢查和養(yǎng)護維修工作。