樂山市沙灣電站臨時棧橋檢測評價分析

魏 勇

（四川華騰公路試驗(yàn)檢測有限責(zé)任公司，四川 成都 610000）

0 引言

棧橋?yàn)榕R時施工設(shè)施，承擔(dān)所屬工程施工原材料及半成品等裝載車輛行駛通行，使用時間長，受夏季洪水影響嚴(yán)重。因此，在棧橋搭設(shè)過程中，棧橋的質(zhì)量控制措施顯得十分重要。本文通過現(xiàn)場試驗(yàn)測量，對樂山市沙灣電站臨時棧橋進(jìn)行了承載能力評定，旨在評價該臨時棧橋的安全穩(wěn)定性，同時通過檢測、檢查及數(shù)據(jù)處理分析為橋梁的養(yǎng)護(hù)和管理提供技術(shù)依據(jù)。

1 工程概況

樂山市沙灣電站臨時棧橋位于沙灣區(qū)葫蘆鎮(zhèn)上游約1.0km處，該橋原跨徑組合為：20×20.0m+6×30.0m，均為預(yù)應(yīng)力空心板；橋面布置總寬11.5m，雙向橫坡為1.5%；為雙向兩車道通行。該棧橋于2004 年建成并投入使用，至今已有10多年歷史。曾在2006年對該橋進(jìn)行改建，在原棧橋基礎(chǔ)上增加1 跨25m 梁。其上部結(jié)構(gòu)采用20m、25m、30m 預(yù)應(yīng)力空心板，每跨橫向由7 片空心板組成，空心板按部分預(yù)應(yīng)力混凝土A 類構(gòu)件設(shè)計(jì)。其下部結(jié)構(gòu)雙柱式墩，其中1#～13#橋墩墩柱直徑為1.2m，基礎(chǔ)采用兩層擴(kuò)大基礎(chǔ)，每層擴(kuò)大基礎(chǔ)高度為1.0m；14#、15#橋墩墩柱直徑為1.2m，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，樁基直徑為1.8m；15#～26#橋墩為樁柱式橋墩，墩柱和樁基直徑均為1.8m。橋臺、樁基采用C25 混凝土，擴(kuò)大基礎(chǔ)采用C15 混凝土，橋墩采用C30 混凝土。橋面鋪裝水泥混凝土；伸縮縫采用DC-60型伸縮縫，橋面兩側(cè)設(shè)置鋼筋混凝土人行道和金屬欄桿。

2 檢測內(nèi)容與方法

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T21-2011），上部結(jié)構(gòu)分別抽取2片20m和2片30m空心板進(jìn)行承載能力檢算及評定。

3 結(jié)構(gòu)承載能力檢測評定

根據(jù)原設(shè)計(jì)文件及改建后的設(shè)計(jì)文件可知，該橋跨徑布置為20×20m+6×30m+1×25m，其中20m 跨徑空心板梁高1.1m，采用C40 混凝土；25m 和30m 跨徑的空心板梁高均為1.3m，均采用C50 混凝土。由于25m跨徑與30m 跨徑的空心板的截面參數(shù)、材料參數(shù)、關(guān)鍵變截面點(diǎn)位置均相同，故25m 跨徑的空心板與30m 跨徑相比偏于安全，因此本節(jié)的上部結(jié)構(gòu)承載能力檢測評定僅針對20m和30m跨徑的空心板進(jìn)行。

3.1 荷載橫向分布系數(shù)

根據(jù)設(shè)計(jì)文件，20m跨徑空心板間橫向連接設(shè)計(jì)為企口縫榫槽混凝土連接，因此跨中截面荷載橫向分布系數(shù)采用“橋梁博士”中“橫向分布文件”功能的“剛（鉸）接板梁法”計(jì)算。支點(diǎn)截面荷載橫向分布系數(shù)采用“杠桿原理法”計(jì)算。

3.2 待評定空心板選取

根據(jù)跨中截面的荷載橫向分布系數(shù)可知，在荷載作用下，邊板（1#板、7#板）荷載橫向分布系數(shù)最大，次邊板（2#板、6#板）次之，考慮到邊板含有0.5m寬的翼緣板，其抗彎剛度大于次邊板，因此，邊板與次邊板均需要進(jìn)行承載能力評定。

根據(jù)荷載橫向分布系數(shù)的計(jì)算結(jié)果，以及外觀和實(shí)體項(xiàng)目檢查結(jié)果，按照最不利原則，選取2-6#（20m次邊板）、12-7#（20m邊板）、24-6#（30m次邊板）、26-1#空心板（30m邊板）進(jìn)行承載能力評定。

3.3 有限元模型說明

3.3.1 計(jì)算條件

（1）采用有限元軟件Midas/Civil2012版分別建立2-6#、12-7#、24-6#、26-1#空心板的有限元模型，進(jìn)行恒載計(jì)算及活載分析；

（2）空心板的幾何參數(shù)、材料參數(shù)以及荷載參數(shù)均按設(shè)計(jì)文件取值；

（3）沙灣電站臨時棧橋設(shè)計(jì)文件指出“計(jì)算中橋面鋪裝僅作為二期恒載未計(jì)入截面參與受力”，因此本次驗(yàn)算亦僅將橋面鋪裝考慮為荷載作用，而不參與結(jié)構(gòu)受力。

3.3.2 單元劃分

空心板采用梁單元模擬，2-6#、12-7#空心板離散為22個單元，23個節(jié)點(diǎn)，24-6#、26-1#空心板離散為32個單元，33個節(jié)點(diǎn)。各空心板的有限元模型見圖1所示。

圖1 空心板的有限元模型

3.3.3 計(jì)算參數(shù)說明

（1）幾何參數(shù)

20m跨徑空心板計(jì)算長度為19.4m，高為1.1m，12-7#空心板寬1.995m，2-6#空心板寬為1.49m；30m跨徑空心板計(jì)算長度為29.3m，高為1.3m，26-1#空心板寬1.995m，24-6#空心板寬為1.49m。具體截面尺寸參見設(shè)計(jì)文件。

（2）材料參數(shù)

20m 跨徑預(yù)制空心板采用C40混凝土，30m 跨徑預(yù)制空心板采用C50混凝土，預(yù)應(yīng)力鋼束采用標(biāo)準(zhǔn)ASTMA:416-90a，270級Φj15.24mm高強(qiáng)低松弛鋼絞線，其標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度為1860MPa，鋼筋參數(shù)詳見設(shè)計(jì)文件。

（3）荷載參數(shù)

①材料自重均按照設(shè)計(jì)文件進(jìn)行取值；

②二期恒載（含橋面鋪裝、人行道、欄桿等）折合為線荷載加載；

③橋梁設(shè)計(jì)時采用的荷載等級：按現(xiàn)行有效規(guī)范檢算采用的荷載等級：公路-I級（含沖擊力，沖擊系數(shù)根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD 60-2015）按結(jié)構(gòu)計(jì)算基頻，μ20=0.271，μ30=0.165人群荷載3kN/m2。

3.3.4 基于檢測結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)承載能力評定

《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》7.1.3 條規(guī)定：“配筋混凝土橋梁在計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)的抗力效應(yīng)時，應(yīng)根據(jù)橋梁試驗(yàn)檢測結(jié)果，采用引入承載能力檢算系數(shù)Z1或Z2、承載能力惡化系數(shù)ξe、截面折減系數(shù)ξs和ξc的方法進(jìn)行修正計(jì)算。”

計(jì)算荷載效應(yīng)時，應(yīng)考慮活載影響修正系數(shù)ξq。

《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》7.3.1條規(guī)定，配筋混凝土橋梁承載能力極限狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)橋梁檢測結(jié)果按下式進(jìn)行計(jì)算評定：

式中：γ0——結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)；γ0為《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD 60-2015）提出的概念，之前的老規(guī)范無此參數(shù)，為了統(tǒng)一，在下文進(jìn)行空心板在承載能力極限狀態(tài)下的承載能力評定時，無論按照老規(guī)范還是新規(guī)范評定，γ0均按照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD 60-2015）規(guī)定取值，對于本橋γ0=1；

S——荷載效應(yīng)函數(shù)；

R（·）——抗力效應(yīng)函數(shù)；

fd——材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

αdc——構(gòu)件混凝土幾何參數(shù)值；

αds——構(gòu)件鋼筋幾何參數(shù)值；

Z1——承載能力檢算系數(shù)；

ξe——承載能力惡化系數(shù)；

ξc——配筋混凝土結(jié)構(gòu)的截面折減系數(shù)；

ξs——鋼筋的截面折減系數(shù)。

3.3.5 分項(xiàng)檢算系數(shù)

下面以2-6#空心板為例，簡要說明各分項(xiàng)系數(shù)的確定方法及過程。

（1）承載能力檢算系數(shù)Z1根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》7.7.1條規(guī)定計(jì)算。

（2）承載能力惡化系數(shù)ξe，根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》7.7.4條規(guī)定計(jì)算。

（3）混凝土截面折減系數(shù)ξc，根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》7.7.5條規(guī)定計(jì)算。

（4）鋼筋截面折減系數(shù)ξs，根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》7.7.6條規(guī)定計(jì)算。

（5）活載影響修正系數(shù)ξq，由于缺乏相關(guān)交通量信息（橋梁檢測期間橋梁封閉），此處將交通量影響修正系數(shù)ξq1、大噸位車輛混入影響修正系數(shù)ξq2、軸荷載分布影響修正系數(shù)ξq3均取為1.00。根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》7.7.7條規(guī)定，橋梁的活載影響修正系數(shù)為：

其他空心板構(gòu)件的分項(xiàng)檢算系數(shù)確定方法及過程與2-6#空心板相似，表1 匯總了各空心板的分項(xiàng)檢算系數(shù)。

表1 空心板分項(xiàng)檢算系數(shù)匯總

需要說明的是，《檢評規(guī)程》7.1.6條規(guī)定：“當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載能力檢算系數(shù)評定標(biāo)度D≥3時，應(yīng)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)評定計(jì)算。”因2-6#、12-7#、24-6#、26-1#空心板的評定標(biāo)度D=1，故無需進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)評定。

3.3.6 承載能力計(jì)算結(jié)果

考慮上述的分項(xiàng)檢算系數(shù)，承載能力評定結(jié)果歸納于圖2～圖9，評定結(jié)果表明：空心板承載能力滿足要求。

圖2 2-6#空心板公路-I級作用下最大彎矩圖

圖3 2-6#空心板正截面承載力驗(yàn)算內(nèi)力、抗力包絡(luò)圖

圖4 12-7#空心板公路-I級作用下最大彎矩圖

圖5 12-7#空心板正截面承載力驗(yàn)算內(nèi)力、抗力包絡(luò)圖

圖6 24-6#空心板公路-I級作用下最大彎矩圖

圖7 24-6#空心板正截面承載力驗(yàn)算內(nèi)力、抗力包絡(luò)圖

圖8 26-1#空心板公路-I級作用下最大彎矩圖

圖9 26-1#空心板正截面承載力驗(yàn)算內(nèi)力、抗力包絡(luò)圖

在驗(yàn)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，考慮上述的分項(xiàng)檢算系數(shù)，評定結(jié)果表明：空心板承載能力滿足要求。

4 結(jié)束語

根據(jù)橋梁外觀病害和結(jié)構(gòu)受力情況，抽取了具有代表性的構(gòu)件進(jìn)行承載能力計(jì)算。上部結(jié)構(gòu)空心板：2-6#空心板、12-7#空心板、24-6#空心板、26-1#空心板按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 023-85）驗(yàn)算正截面強(qiáng)度驗(yàn)算、斜截面抗剪強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)荷載等級（汽車-40級）要求，按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62-2004）驗(yàn)算正截面強(qiáng)度驗(yàn)算、斜截面抗剪強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)荷載等級（公路-Ⅰ級）要求，由此可得出上部結(jié)構(gòu)空心板承載能力滿足設(shè)計(jì)荷載等級要求。