服役公路橋梁承載能力評定探析

馮永航

(遼寧省交通規劃設計院有限責任公司，遼寧 沈陽 110111)

1 緒 論

近年來，隨著國民經濟的快速發展，交通量與日俱增，超重載車輛日益增多，給服役公路帶來巨大的運營壓力，服役橋梁長期超負荷運營，導致橋梁缺損狀況快速發展，橋梁承載能力明顯不足，已不能滿足設計標準等級要求；急需對此類危橋、險橋進行技術狀況及病害狀態調查，依據規范對橋梁進行技術狀況評定，并進行承載能力評定，為管養部門對服役橋梁的加固、改建決策提供科學合理的技術資料和依據。

2 橋梁概況

G102國道沙河大橋建成于1998年，設計荷載等級為汽車-20級、掛車-100。該橋上部結構為鋼筋混凝土T梁，跨徑布置為42×20 m，橋梁全長為845.5 m，交角為90°，每孔8片梁，支座為板式橡膠支座，下部結構為鋼筋混凝土雙柱式墩，雙柱式橋臺，基礎為灌注樁基礎，橋面鋪裝采用10 cm厚的瀝青混凝土+10 cm厚水泥混凝土。

3 橋梁外觀缺損技術狀況評定

3.1 外觀缺損狀況調查

經現場調查發現，該橋全橋共106片T梁跨中腹板出現1～17條斜向裂縫，裂縫寬0.1～0.3 mm，長度為0.2～1.1 m，占T梁總數32%；全橋共17片T梁馬蹄底部出現多條橫向裂縫，裂縫寬0.1～0.2 mm，長度為0.2～0.4 m，部分橫縫向兩側發展形成U形裂縫；全橋63個支座老化開裂，占支座總數的9.4%，47個支座剪切變形5°～15°，占支座總數的7.0%，14個支座鼓肚。全橋7個蓋梁存在豎向裂縫，占蓋梁總數的16.7%，部分向上下兩底面發展，其中3個蓋梁裂縫寬度達到0.3 mm，最大長度為2 m。5號墩蓋梁受火燒，燒傷高度0.6 m，自蓋梁底部開始，燒傷深度3～5 cm。10個蓋梁斜底面剝落露筋，面積最大為0.2×0.4 m2，3個蓋梁斜底面銹脹剝皮，面積最大為0.2×0.3 m2。該橋2、3、4號墩系梁外露。4-2號樁外露高度達到1.35 m。

3.2 橋梁技術狀況評定

根據《公路橋梁技術狀況評定標準》(JTG/T H21-2011)，該橋總體技術狀況等級為3類，上部承重構件T梁技術狀況等級為3類，支座技術狀況等級為3類，橋墩技術狀況等級為3類，墩臺基礎技術狀況等級為2類。

4 橋梁材質狀況及狀態參數評定

4.1 混凝土強度評定

混凝土強度評定采用回彈法進行檢測，回彈法檢測混凝土即方便又快捷，在工程檢測中得到廣泛應用。測試結果由表1可見。

表1 混凝土強度評定結果表

4.2 鋼筋銹蝕電位檢測評定

鋼筋銹蝕電位測試采用單電極法，每個構件測試20個點，按測區內最低電位水平，確定鋼筋銹蝕電位評定標度，測試結果見表2。

表2 鋼筋銹蝕電位檢測評定結果表

4.3 混凝土氯離子含量檢測評定

混凝土氯離子含量檢測評定，通過現場鉆取測試構件混凝土粉末后，對不同厚度的混凝土粉末進行篩分后，采用氯離子快速滴定儀對混凝土氯離子含量進行測試，測試結果見表3。

表3 混凝土氯離子含量檢測評定結果表

4.4 混凝土電阻率檢測評定

混凝土電阻率測試采用四電極法，每個構件測試30個點，按測區內最低電阻值水平，確定混凝土電阻率評定標度，測試結果見表4。

表4 混凝土電阻率評定結果表

4.5 混凝土碳化狀況檢測評定

混凝土碳化狀況檢測評定，通過對測試構件進行鉆孔后，采用酚酞試劑進行測試，出現明顯粉紅色和無色分界線后，說明鉆孔深度滿足測試要求，通過游標卡尺測試分界線的深度，即為混凝土碳化深度結果，測試結果見表5。

表5 混凝土碳化狀況檢測評定結果表

4.6 鋼筋保護層厚度檢測評定

鋼筋保護層厚度檢測評定，采用鋼筋探測儀對測試構件的主要受力部位進行鋼筋保護層厚度無損檢測，實測厚度值與鋼筋保護層厚度值進行比較，評定測試構件的鋼筋保護層評定標度，測試結果見表6。

表6 混凝土碳化狀況檢測評定結果表

4.7 橋梁自振頻率檢測評定

橋梁結構自振特性不僅能夠反映結構整體性能和受力體系，而且還能夠反映結構損傷情況，進而引起結構的動力特性和動力響應。通過對橋梁自振頻率測試，可以分析橋梁的結構狀態進行評估。本次測試選取上部結構T梁進行測試，具體測試結果見表7。

表7 橋梁自振頻率檢測結果評定表

5 橋梁承載能力檢算參數確定

按照《公路橋梁承載能力檢測評定規程》(JTG/T J21-2011)，橋梁外觀缺損狀況的檢查評定，橋梁材質狀況與狀態參數檢測評定后，引入承載能力檢算系數Z1，承載能力惡化系數ξe，混凝土截面折減系數ξc，鋼筋截面折減系數ξs，對橋梁進行承載能力評定。

5.1 承載能力檢算系數Z1

綜合考慮橋梁缺損狀況、材質強度和橋梁自振頻率確定構件承載能力檢算系數評定標度D，然后根據承載能力檢算系數評定標度得出檢算系數Z1。

表8 承載能力檢算系數(Z1)計算結果表

5.2 承載能力惡化系數ξe

承載能力惡化系數考慮橋梁缺損狀況、材質狀況等影響因素，并綜合環境條件(本橋取干、濕交替，凍，無侵蝕性介質)加以確定。

表9 承載能力惡化系數ξe計算結果表

5.3 混凝土截面折減系數ξc

綜合考慮材料風化、碳化、物理與化學損傷三項檢測指標的評定標度，得出截面損傷的綜合評定標度R，最終確定截面折減系數ξc。

表10 混凝土截面折減系數ξc計算結果表

5.4 鋼筋截面折減系數ξs

根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》(JTG/T J21-2011)，結合橋梁外觀缺損狀況調查情況，該橋鋼筋截面折減系數ξs=0.98。

5.5 活載影響修正系數ξq

根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》(JTG/T J21-2011)，結合近一年的實際交通量調查情況，綜合考慮典型交通量影響修正系數ξ1=0.98，大噸位車輛混入影響修正系數ξ2，軸荷分布影響修正系數ξ3，最終得到活載影響修正系數ξq=1.12。

6 橋梁承載能力評定計算

6.1 承載能力評定原理

按照《公路橋梁承載能力檢測評定規程》(JTG/T J21-2011)，配筋混凝土橋梁承載能力評定計算時，荷載效應值計入活載影響修正系數ξq影響，結構抗力值計算時引入承載能力檢算系數Z1，承載能力惡化系數ξe，混凝土截面折減系數ξc，鋼筋截面折減系數ξs進行折減計算，具體計算公式如下

γ0·S≤R(fd,ξcαdc,ξsαds)Z1(1-ξe)

(1)

式中：γ0為結構重要系數，S為荷載效應函數，R為結構抗力函數，fd為材料強度設計值，αdc為構件混凝土幾何參數值，αds為構件鋼筋幾何參數值。

6.2 承載能力評定結果

按照上述公式對鋼筋混凝土T梁進行承載能力評定計算：荷載效應按原設計荷載汽車-20級、掛車-100選取，并考慮活載影響修正系數ξq，結構重要系數選取1.0，橫向分布系數跨中采用鉸接板梁法計算，支點附近采用杠桿法計算，混凝土強度值按實測強度推定值選取，承載能力檢算系數Z1，承載能力惡化系數ξe，混凝土截面折減系數ξc，鋼筋截面折減系數ξs分別按第5小節數值選取。

通過建立平面桿系模型，對簡支鋼筋混凝土T梁建結構分析，分別對T梁正截面抗彎承載能力，斜截面抗剪承載能力及T梁翼緣板抗彎承載能力進行驗算，具體結構如表11～表13。

表11 T梁正截面抗彎承載能力評定計算結果表

表12 T梁斜截面抗剪承載能力評定計算結果表

表13 T梁翼緣板抗彎承載能力評定計算結果表

6.3 結論

通過以上承載能力檢算結果可見，該橋上部結構T梁正截面抗彎承載能力、斜截面抗剪承載能力及T梁翼緣板抗彎承載能力均不能滿足設計荷載等級要求。該橋應進行加固或改建處理。

7 結 語

橋梁的實際承載能力是評定橋梁結構安全的重要依據之一，是橋梁養護工作中一項重要而復雜的工作內容。本文以一座鋼筋混凝土T梁橋為例，從橋梁外觀缺損技術狀況評定，橋梁材質狀況及狀態參數檢測評定，承載能力檢算系數確定和承載能力評定計算四方面入手，簡要介紹了服役公路橋梁承載能力評定的過程，為橋梁養護從業者對橋梁承載能力評定工作提供有利依據和實例參考。