市政預(yù)應(yīng)力高架橋梁承載能力檢測

曾華新

長沙市城市發(fā)展集團有限公司，湖南 長沙 410000

1 工程概況

為了檢驗?zāi)呈蓄A(yù)應(yīng)力高架橋擬增加鋪裝層后的承載能力是否滿足規(guī)范要求，依據(jù)國家有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及業(yè)主的要求對某市預(yù)應(yīng)力高架橋進行承載能力檢測試驗。根據(jù)試驗結(jié)果對該橋現(xiàn)狀作出科學(xué)客觀的評定，為該橋的正常運營、后續(xù)的橋面鋪裝施工和維修工作提供科學(xué)依據(jù)。橋梁全長90.0m，橋梁斷面布置為0.5m（防撞裝置）+11.75m（機動車道）+0.5m（防撞裝置）+11.75m（機動車道）+0.5m（防撞裝置）=25m。上部結(jié)構(gòu)主梁均采用C50混凝土，采用按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計的現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。主梁采用單箱四室箱型斷面，沿線路中心線設(shè)置雙向橫坡，截面為單箱4室斜腹板截面，斜率為1∶1.22。主梁兩側(cè)各懸臂2.85m，標(biāo)準(zhǔn)截面頂板厚0.22m，底板厚0.22m，中腹板標(biāo)準(zhǔn)段厚0.4m，在支點橫梁7m范圍內(nèi)漸變至0.8m，邊腹板標(biāo)準(zhǔn)段厚0.8m，在支點橫梁7m范圍內(nèi)漸變至1.2m，頂板在橫梁附近設(shè)置規(guī)格為2.0m×0.18m的倒角。為了確保橫斷面尺寸與道路一致，邊梁的翼緣長度做相應(yīng)調(diào)整以適應(yīng)道路曲線。

2 檢測目的

（1）通過外觀檢查檢驗橋梁的實際工作狀況，為橋梁的使用及維修加固提供必要的依據(jù)。（2）通過靜載試驗，測定橋跨結(jié)構(gòu)在試驗荷載作用下的控制截面應(yīng)力和撓度，并與理論計算值比較，以檢驗結(jié)構(gòu)控制截面應(yīng)力與撓度值是否與設(shè)計要求相符，主要試驗測試指標(biāo)是否符合橋梁試驗檢測規(guī)范規(guī)定的要求。（3）通過承載能力驗算，核算橋梁的承載能力，為公路改造提供依據(jù)。（4）依據(jù)有關(guān)規(guī)范和規(guī)定對該橋結(jié)構(gòu)的正常使用性能、結(jié)構(gòu)的強度、剛度、裂縫等各項指標(biāo)作出全面評價。

3 外觀檢測

3.1 檢測內(nèi)容

主要結(jié)構(gòu)幾何尺寸測量；上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件外觀現(xiàn)狀檢測（裂縫、其他缺陷）；橋墩臺、蓋梁及臺帽外觀現(xiàn)狀檢測；上下部結(jié)構(gòu)構(gòu)件強度檢測（回彈）；支座檢測；橋面系構(gòu)造完好情況檢測，包括橋面鋪裝、伸縮縫、排水設(shè)施及交通標(biāo)志等。

3.2 檢測方法

（1）幾何尺寸測量。用鋼尺和直尺直接量測主要結(jié)構(gòu)物的幾何尺寸，對同一結(jié)構(gòu)物的同一側(cè)面測量3～5次，欄桿立柱等小構(gòu)件采用游標(biāo)卡尺進行測量。

（2）裂縫檢測。先用目測方法觀察和查找結(jié)構(gòu)的裂縫分布情況，對裂縫進行詳細描繪，用卷尺測量裂縫的長度，并采用裂縫測試儀測量裂縫的寬度。

（3）其他缺陷檢測。用目測和尺量方法觀察和查找結(jié)構(gòu)是否存在破損、孔洞、露筋和鋼筋銹脹等其他缺陷，對這些缺陷進行詳細描繪和拍照記錄。

（4）支座檢測。用目測和尺量方法觀察支座是否存在老化、開裂、剪切變形等現(xiàn)象，并詳細描繪和拍照記錄。

（5）混凝土強度。混凝土強度采用回彈法測定，以線性回彈值反映混凝土表面的硬度，根據(jù)測強曲線來推求混凝土的抗壓強度。同時并檢測其混凝土的碳化深度，以便對強度進行一定的修正。測區(qū)位置為隨機選定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，每個測區(qū)布置16個測點。如果回彈儀測出的混凝土強度發(fā)現(xiàn)異常，則根據(jù)實際情況采用其他方法復(fù)測，如超聲-回彈法測混凝土強度。

（6）其他檢測。用目測來檢查橋面鋪裝、伸縮縫、防撞墻、排水設(shè)施及交通標(biāo)志等構(gòu)造是否完好。

3.3 外觀檢測結(jié)果

（1）主要結(jié)構(gòu)幾何尺寸測量結(jié)果。用鋼尺和直尺等工具對主橋跨長及各構(gòu)件截面尺寸進行測量，此次量測的主要構(gòu)件如下。①主梁：在橋面中線和欄桿根部、主梁底部分別量測，取得梁長值，在主梁1/4、1/2和3/4跨位置的底部和左右兩側(cè)分別量測，取得主梁斷面尺寸。②橋墩：根據(jù)現(xiàn)場實際情況，對1#墩進行測試，在各墩身處分別選取3個截面測其周長，然后計算其直徑，取三者平均值作為墩身直徑。③橋面凈寬：在橋梁每一跨的橋面上分別選取3個斷面進行寬度測量，取其平均值作為橋面凈寬值。④欄桿：在左右兩側(cè)分別取5個斷面進行欄桿高度和欄桿頂面寬度測量，將其平均值作為欄桿高度和寬度值。⑤橫坡：在橋面左右兩幅行車道上分別任取5個斷面進行量測，將其平均值作為實測橫坡值。⑥縱坡：在橋面左右兩側(cè)車道上和橋面中心分別任取5點，用舌尺量測順橋向坡度，將其平均值作為實測縱坡值。上述構(gòu)件實測數(shù)據(jù)與設(shè)計圖偏差值均符合規(guī)范要求。同時，還量測了兩處伸縮縫位置各細部尺寸，經(jīng)與原設(shè)計對比，吻合良好。

（2）裂縫和其他外觀缺陷檢測結(jié)果。加載前檢測人員對橋面鋪裝、伸縮縫、防撞墻、排水設(shè)施及交通標(biāo)志等構(gòu)造進行了全面檢測，并到橋下對主梁外側(cè)進行了巡視和詳細的檢測，在兩座橋上下部結(jié)構(gòu)均未發(fā)現(xiàn)肉眼所見的裂縫，也沒有單板受力的現(xiàn)象。檢測結(jié)果如下：4#臺伸縮縫在車道位置混凝土1處裂縫，無支座老化、開裂、剪切變形等其他缺陷；兩端橋臺及橋墩位置無滲水、漏筋等情況，局部有植物腐蝕現(xiàn)象，欄桿及欄桿基礎(chǔ)未見有混凝土開裂現(xiàn)象。

（3）混凝土強度測試結(jié)果。該高架橋各構(gòu)件混凝土強度回彈結(jié)果均滿足混凝土設(shè)計強度要求。

4 靜載試驗

4.1 有限元建立

根據(jù)設(shè)計圖紙，模擬試驗狀態(tài)對橋梁進行理論計算分析，由橋梁結(jié)構(gòu)靜力計算分析確定靜力試驗荷載控制截面、試驗荷載、加載工況、加載位置和測點布置等。理論計算力求與實際情況吻合，并能反映橋梁結(jié)構(gòu)在試驗荷載作用下的使用性能和工作狀態(tài)。此次試驗應(yīng)用Midas Civil對該橋進行了結(jié)構(gòu)分析計算。采用梁格法建立有限元模型，可算得試驗梁的跨中最大彎矩，按照城市-A級荷載標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置90個單元。

4.2 試驗程序

（1）試驗人員進場后根據(jù)事先確定的應(yīng)變片安裝方案，利用橋檢車在梁板跨中截面底確定安裝應(yīng)變片位置，橋檢車無法使用的情形可根據(jù)實際情況選取操作平臺，然后利用AB膠逐個安裝應(yīng)變片，并及時量測應(yīng)變片的讀數(shù)。

（2）確定橋梁撓度測點的位置，在撓度測點處設(shè)置銦鋼尺立尺平臺。

（3）將應(yīng)變測試導(dǎo)線與測試儀器逐一連接、編號、登記。連接安裝工作就緒后，對所安裝應(yīng)變片、測試儀器進行檢查，有問題及時處理，并對測試儀器進行調(diào)試。

（4）按確定的試驗工況，在橋面上標(biāo)出試驗車輛具體加載車輛輪位；將加載汽車進行編號，過磅稱重，測量軸距、輪距并記錄。試驗工作一切準(zhǔn)備就緒后，可利用1～2輛加載車輛對試驗孔作預(yù)壓，使橋梁處于工作狀態(tài)，減小試驗中非彈性變形對試驗數(shù)據(jù)的影響，并可檢驗各測點應(yīng)變片、位移等測試系統(tǒng)是否正常工作，經(jīng)檢驗無誤后正式進行加載試驗。

4.3 靜載結(jié)果

試驗選取對第二跨進行靜載試驗，加載試驗總噸位為1280kN，其跨中最大正彎矩（中載）工況應(yīng)變和撓度測試結(jié)果與計算結(jié)果比較如圖1、圖2所示。

圖1 應(yīng)變測試結(jié)果

圖2 撓度測試結(jié)果

（1）應(yīng)變測試結(jié)果分析。試驗荷載作用下，主梁各測點的應(yīng)變校驗系數(shù)在0.681～0.859，均小于1，滿足規(guī)范要求；相對殘余應(yīng)變在0.028～0.083，均小于0.2，說明結(jié)構(gòu)彈性工作性能較好。

（2）撓度測試結(jié)果分析。試驗荷載作用下，主梁各測點的撓度校驗系數(shù)為0.641～0.807，均小于1，滿足規(guī)范要求；相對殘余變形為0.093～0.157，均小于0.2，說明結(jié)構(gòu)彈性工作性能較好。最不利荷載工況下最大撓度測試值為10.28mm，考慮荷載長期效應(yīng)的影響，根據(jù)規(guī)范計算得試驗擾度f試=10.28mm×1.425=14.65mm，遠小于規(guī)范容許值（33.33mm），滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)論

（1）一旦發(fā)現(xiàn)橋梁外觀存在缺陷，應(yīng)及時對缺陷進行相應(yīng)的處理，避免缺陷進一步嚴重；

（2）試驗跨經(jīng)歷了一次等效于正常使用荷載的考驗，試驗過程中未發(fā)現(xiàn)肉眼可見裂縫等異常情況；

（3）試驗跨的實測撓度均小于計算值，各測點卸載后的殘余變形較小，結(jié)構(gòu)回彈性能較好，整體剛度滿足設(shè)計荷載等級城-A級的要求；

（4）各應(yīng)變測點的實測應(yīng)變小于相應(yīng)計算應(yīng)變值，且卸載后的殘余應(yīng)變較小，結(jié)構(gòu)整體受力性能好。