某預應力混凝土V型連續(xù)剛構(gòu)橋的承載能力檢測評定

賴道斌

（福建省建筑科學研究院有限責任公司、福建省綠色建筑技術(shù)重點實驗室，福建福州 350025）

0 引言

隨著市政交通量的逐日提高，許多橋梁在使用多年后需提高荷載等級。在役橋梁往往已存在一定的病害，在提高荷載等級之前可能需要進行加固改造，而橋梁的承載能力檢測評定是改造前的必要過程，可為橋梁改造提供基礎數(shù)據(jù)及改造依據(jù)。預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋作為當前我國最常見的橋型之一，如何規(guī)范準確地對其進行承載能力檢測評定是十分重要的。以某八跨五聯(lián)預應力混凝土V 型連續(xù)剛構(gòu)橋為背景工程，在提高荷載等級前，對其進行承載能力檢測評定，為橋梁的后期使用提供有效依據(jù)，同時也為同類工程提供借鑒。

1 工程概況

某橋梁為八跨五聯(lián)預應力混凝土V 型連續(xù)剛構(gòu)橋，全長366m，跨徑組合為30m+6×50m+30m，橋面布置為12.0m=0.5m（欄桿）+11.0m（人行道）+0.5m（欄桿）。上部結(jié)構(gòu)主梁采用預應力混凝土箱梁，單箱雙室，混凝土設計強度為C50。墩頂處為V 型空心結(jié)構(gòu)，高為8.18m，跨中及端部梁高為1.6m，懸臂長為3.0m。梁底線形采用由直線變化到二次曲線，跨中箱梁頂板寬為12.0m，底板寬為5.0m。全橋設置4 個剪力鉸，分別位于第2 跨、第3 跨、第5 跨、第7 跨跨中。下部結(jié)構(gòu)采用實體墩、鉆孔灌注樁基礎。橋跨結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

圖1 橋梁立面示意圖（單位：cm）

橋梁原設計荷載為人群4.5kPa。在服役若干年之后，為方便人員往來，緩解周邊橋梁交通壓力，相關單位擬改變橋梁的使用功能，將該橋改為單向通行機動車，通行荷載為城-B 級，擬改造方案如圖2所示。為了解橋梁按該方案改造后，是否滿足設計荷載的要求，改造前應對該橋進行橋梁結(jié)構(gòu)承載能力檢測評定[1]。

圖2 橋梁擬改造方案（單位：cm）

2 橋梁缺損狀況檢測評定

橋面系：橋面鋪裝1 處破損，面積約0.1m2；在橋面鉸伸縮縫內(nèi)堵塞大量雜物，且伸縮縫止水帶均有破損，鉸伸縮縫兩側(cè)橋面均存在高差[2]。

上部結(jié)構(gòu)：全橋剪力鉸處均存在滲水，侵蝕主梁梁體，鉸內(nèi)鋼板銹蝕；第1、4、5 跨翼板局部存在少量橫向裂縫；第6、7、8 跨翼板存在較多橫向裂縫，個別裂縫處滲水結(jié)晶。

下部結(jié)構(gòu)：橋臺兩側(cè)砌石擋墻均開裂；橋墩水下部分表面局部存在水生螺類附著；橋臺鋼支座組件均輕微銹蝕；對河床斷面進行掃描檢查，橋位河床基本穩(wěn)定，水下橋墩附近河床局部存在輕微下切現(xiàn)象。

該橋為城市主干路上的橋梁，根據(jù)《城市橋梁養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》（CJJ 99—2003）對其進行橋梁技術(shù)狀況評定，技術(shù)狀況指數(shù)BCI 為85.04，整橋評定等級為B級，處于良好狀態(tài)。

3 橋梁材質(zhì)狀況及狀態(tài)參數(shù)檢測評定

抽取第2 跨主梁、第4 跨主梁、第6 跨主梁、第8 跨主梁、P4 墩上主梁、P7 墩上主梁6 根構(gòu)件進行回彈法現(xiàn)齡期混凝土強度檢測、鋼筋保護層厚度檢測、鋼筋銹蝕電位檢測及結(jié)構(gòu)自振頻率檢測，并依據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）進行評定。評定的結(jié)果表明：所檢構(gòu)件混凝土強度推定值均>60MPa，評定標度均為1；所檢構(gòu)件的鋼筋保護層厚度為17～46mm，鋼筋保護層厚度評定標度在3～5之間；所檢構(gòu)件的縱向受力鋼筋銹蝕電位水平最小值為-40，判定混凝土內(nèi)部鋼筋銹蝕狀態(tài)評定標度均為1，即無銹蝕活動性或銹蝕活動性不確定；橋梁的豎向一階自振頻率為6.54Hz，理論計算的豎向一階自振頻率為6.44Hz，橋梁結(jié)構(gòu)自振頻率評定標度為2。

4 橋梁荷載試驗

4.1 試驗內(nèi)容及荷載效率

以擬改造后的橋梁荷載等級作為控制荷載，選取如圖3所示A、B、C、D、E 五個截面為控制截面，分別設置五個工況：其一，第8 跨最大正彎矩（截面A）；其二，第6 跨最大正彎矩（截面D）；其三，P6 墩上主梁最大正彎矩（截面C）；其四，P7 墩頂最大負彎矩（截面B）；其五，第4 跨T 構(gòu)斜腿最大正彎矩（截面E）[3]。按照內(nèi)力等效的原則布置試驗荷載，使得試驗荷載效率不小于0.95 且不大于1.05。

圖3 靜載試驗控制截面（單位：cm）

4.2 撓度及應變測試結(jié)果

在如圖3所示的A、B、C、D、E 五個控制截面梁底布置撓度或應變測點，每個截面梁底沿橫橋向均勻布置3 個測點。在各工況荷載作用下，撓度測點的測試結(jié)果見表1，應變測點的測試結(jié)果見表2。由測試結(jié)果可知：其一，3 個撓度測試截面的最大撓度發(fā)生在第6 跨跨中截面，可見撓度大小與結(jié)構(gòu)跨徑關系密切。其二，各截面沿橫橋向3 個測點的測試值均較為均勻，表明結(jié)構(gòu)橫向受力穩(wěn)定。其三，各工況卸載后，各測點的相對殘余撓度值及相對應變值在0%～8.33%之間，均小于規(guī)范限值20%，結(jié)構(gòu)基本處于彈性工作狀態(tài)。其四，各撓度及應變測點的校驗系數(shù)在0.39～0.84 之間，均小于1.0，即實測值均小于理論值，結(jié)構(gòu)具有一定的安全儲備[4]。

表1 撓度測試結(jié)果匯總表

表2 應變測試結(jié)果匯總表

5 橋梁承載能力檢算

5.1 結(jié)構(gòu)分析模型及荷載組合

對該橋上部結(jié)構(gòu)分析計算，采用橋梁專用程序MIDAS/Civil 進行空間建模，采用梁格單元模型。檢算荷載等級取改造后的汽車荷載城-B 級及人群荷載4.5kN/m2，按《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTG D60—2015）要求進行荷載組合。

5.2 各項檢算系數(shù)取值

根據(jù)荷載試驗結(jié)果，主要控制截面最大撓度校驗系數(shù)為0.84，最大應變校驗系數(shù)為0.78，由此確定檢算系數(shù)為1.03。

該橋上部結(jié)構(gòu)各混凝土構(gòu)件材料風化、碳化、物理與化學損傷的評定標度值均為1，且橋梁無沿鋼筋的裂縫產(chǎn)生，由此確定截面折減系數(shù)及鋼筋截面折減系數(shù)均為1.00。

根據(jù)缺損狀況、材質(zhì)狀況等指標的檢測結(jié)果，綜合確定該橋的惡化評定標度為1.80，進而確定惡化系數(shù)為0.036。

5.3 截面承載能力檢算結(jié)果

選取關鍵截面作為承載能力檢算截面，最不利正截面抗彎承載能力驗算結(jié)果見表3，最不利受剪承載力驗算結(jié)果見表4。檢算結(jié)果表明，效應與抗力的比值均小于1.0，即上部結(jié)構(gòu)主梁正截面抗彎承載能力及斜截面抗剪承載能力均滿足要求。

表3 正截面抗彎承載能力檢算表

表4 斜截面承載能力計算結(jié)果匯總表

6 結(jié)論

其一，根據(jù)橋梁缺損狀況檢查評定結(jié)果、材質(zhì)狀況與狀態(tài)參數(shù)檢測評定結(jié)果、荷載試驗結(jié)果，對橋梁上部結(jié)構(gòu)按改造方案的通行荷載布置進行承載能力檢算。結(jié)果表明，該橋梁承載能力滿足改造設計荷載（汽車荷載：城-B 級，人群荷載：4.5kN/m2）的使用要求。

其二，通行機動車輛后，該橋梁的剪力鉸勢必受到一定的車輛沖擊，特別車輛超重、鉸縫高差或損壞時，沖擊作用將加劇。故在日常運營過程中，應加強鉸縫維養(yǎng)并保持行車平順。同時，該橋應嚴禁超載車輛通行，避免長期過大沖擊造成難于修復的剪力鉸損壞。

其三，橋梁改造時，應對橋梁原有的缺損問題進行處理。改造后，管養(yǎng)單位應嚴格按照現(xiàn)行橋梁養(yǎng)護規(guī)范要求，對橋梁進行日常的維護和檢查工作，確保橋梁的完好和安全運行。