圬工拱橋檢測評估分析

陳曉文

（中南林業(yè)科技大學 土木工程學院，湖南 長沙 410004）

橋梁檢測是通過對橋梁的技術狀況及缺陷和損傷的性質、部位、嚴重程度及發(fā)展趨勢，查明造成橋梁損壞的原因，從而能更好評估已損壞部位對橋梁的正常使用影響，利用專業(yè)儀器測量與試驗，獲取可靠數(shù)據(jù)為后期加固維修提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

1 工程概況

該橋為一跨實腹式圬工拱橋，跨徑為8 米，橋面寬7.5 米，修建時間較長，且橋梁狀況特殊，是在年就長遠的舊橋上進行擴建，新舊結合，舊橋部分損壞較為嚴重，且相關的設計資料及圖紙已經(jīng)缺失，數(shù)據(jù)皆為現(xiàn)場實測。需通過130 噸的重車。

2 橋梁檢測

2.1 外觀檢測

該橋應運營時間長久，損壞較明顯。橋墻體出現(xiàn)裂縫、灰縫剝落，橋臺空橋臺出現(xiàn)沉降裂縫，護欄混凝土開裂，路面出現(xiàn)橫向裂縫。最總技術評分表1。

表1 橋梁總體技術狀況評分

2.2 橋梁結構檢算

拱橋主要材料參數(shù)、荷載布置及其組合如下：

2.2.1 材料參數(shù)

查閱相關規(guī)范，該圬工拱橋的結構材料參數(shù)取值見表2。

表2 材料參數(shù)

2.2.2 荷載

一期恒載：自重q=330.0kN/m

二期恒載：混凝土鋪裝+鋼筋混凝土護欄q=48.8N/m

活載：風力發(fā)電機組運輸特種荷載

2.2.3 荷載組合

標準荷載組合：公路二級

特殊荷載組合：1.0×恒載+1.0×特種荷載。

利用MIDAS 建立有FEM 模型，對圬工拱橋進行數(shù)值分析。計算模型如圖1 所示。

圖1 計算模型

根據(jù)最新的相關規(guī)范和橋梁技術狀況評定結果，該圬工拱橋的橋承載力折算系數(shù)Z1取1.0，承載能力極限狀態(tài)主要計算結果如表3 所示。

根據(jù)表3，圬工拱橋跨中最大軸力組合作用值為2626.1 kN，結構抗力為5977.97kN，抗力大于作用值。

表3 承載能力極限狀態(tài)驗算結果

根據(jù)有限元模擬結果以及現(xiàn)場檢測評估、理論分析及現(xiàn)場外觀檢測，綜合考慮結果：該圬工拱橋承載能力理論上是安全的。

2.3 靜載試驗

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》，對該橋進行靜載試驗。本次試驗荷載采用兩輛陜汽德龍載重汽車，總噸位為1200kN。

2.3.1 試驗程序

整個試驗按照以下程序進行：測試主拱圈的恒載（靜止）撓度→主拱圈測試截面分拱頂（腳）三級進行加載→主拱圈變形和應變測試。并對主拱圈、拱腳工作狀況和裂縫開展情況進行觀測。

2.3.2 試驗規(guī)則

在靜力加載試驗過程中，再次加、卸載的持續(xù)時間取決于圬工拱橋位移最大的測點達到穩(wěn)定標準所需要的時間決定了加載、卸載所需的時間。實際觀測時，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，控制在10 分鐘左右。

2.3.3 測試斷面、測試工況與測點布置

測試斷面：試驗時選取拱頂，拱腳和1/4 截面，按設計荷載并滿足加載效率進行加載測試。

測試工況：對該橋拱頂、拱腳進行最大彎矩加載試驗，測試典型截面的縱向應力、位移及裂縫。

測點布置：

（1）應變測點

在拱頂截面，于拱底左側、中間、右側位置各布置一個應變測點；在拱腳和1/4 截面處均在拱底左側、中間各布置一個應變測點采用振弦式應變計對以上截面的應變進行測試。

（2）撓度測點

于拱頂、L/4、拱腳截面處設置撓度測點，于橋面上下游兩側各置一臺精密水準儀，對主拱圈撓度進行測量。

靜載試驗應既能保證結構安全，又能充分暴露結構承載能力。試驗荷載效率系數(shù)應滿足： 0 .95 < η<1.05。本次各級加載的試驗荷載效率系數(shù)見表4。

表4 拱頂（腳）截面各級試驗效率系數(shù)

應力測試結果分析：

拱頂加載各測點的應力校驗系數(shù)在0.84～0.89 之間，拱腳加載各測點的應力校驗系數(shù)在0.71～0.90 之間，說明結構受力狀況良好。

撓度測試結果分析：

拱頂加載各測點撓度校驗系數(shù)在0.40～0.85 之間，拱腳加載各測點撓度校驗系數(shù)在0.21～0.71 之間，說明結構剛度一般。

2.4 動載試驗

測點布置:

在圬工拱橋跨中、L/4 截面、3L/4 截面處布置傳感器。

結構測試模型:

沿縱橋向分成四等份，分別在節(jié)點2（l/4L）、3（l/2L）、4（3/4L）放置相對應的拾振器，試驗結果見表5 及圖2。

表5 跳車試驗測試結果

圖2 拱橋實測振型圖（一階模態(tài)）

由動載試驗結果可知：一階自振頻率實測值為計算值的1.08 倍，表明結構實際剛度大于理論剛度，符合《公路橋涵設計通用規(guī)范》的要求。

3 評定結果及建議

根據(jù)橋梁技術狀況評定、現(xiàn)場動、靜載的實驗數(shù)據(jù)，以及理論計算分析等綜合判定：該橋滿足重件運輸要求。

建議重載運輸車輛靠近新橋測低速通行，為避免應力集中應在橋面鋪設鋼板，并在重型汽車過橋時持續(xù)對橋梁結構觀測和交通管制，如出現(xiàn)異常情況，應及時處理。