空腹式钢筋混凝土拱桥检测试验浅谈

季永明 季永兴

近年来,随着我国路网改造和道路等级的提升,交通量的日渐增大,对道桥通行能力的要求越来越高,加之20世纪建设的多数钢筋混凝土拱桥已接近或超过桥梁设计年限,为保证桥梁正常使用功能,排除安全隐患,确定此类桥梁的实际使用状况和承载能力显得尤为迫切,如何对桥梁结构进行质量检评成为热点问题。本文以苏州市工业园区跨塘老桥的检测为例,对空腹式钢筋混凝土拱桥检测试验方案及加固措施进行浅述。

1 桥梁概况

跨塘老桥位于苏州工业园区友达光电与312国道之间,跨越运河——篓江。该桥上部结构为钢筋混凝土肋拱桥,实测桥梁净跨径为45 m,桥梁净宽5.8 m。

该桥建于20世纪70年代,横向由4榀拱肋组成。桥梁主体结构的两侧边拱肋有局部损坏,拱上结构立柱、桥面及栏杆等老化及破坏相当严重。为确定桥梁现有工作状况,确保今后交通的安全和为桥梁加固(按设计荷载人群荷载3.5 kN/m2考虑)提供可靠的试验依据,本次检测按人群荷载3.5 k N/m2对该桥进行荷载试验测试。

2 荷载试验测试

根据交通部颁试行办法[1],结合跨塘老桥的结构特征,选取主拱肋跨中、实腹段与空腹段交界处和拱脚截面为重点观测对象。

2.1 测试检测内容

2.1.1 桥梁现有状况检查

1)试验孔的结构主要尺寸检查;2)用回弹仪实测主拱的混凝土强度和碳化深度;3)结构各主要部位的外观质量、裂缝观察。

2.1.2 静载试验

1)检测在外荷载作用下桥梁跨中截面、1/4跨截面和拱脚截面的应变分布情况;2)各拱肋在试验荷载下,有无裂缝展开;3)两拱脚是否存在水平位移。

2.2 测试截面

根据交通部颁试行办法[1],结合跨塘老桥特性,选取拱肋跨中、实腹段与空腹段交界处和拱脚截面作为主要观测截面,测试时注意随时观测各截面可能出现的裂缝及其展开值。截面及测点布置见图1。

2.3 测试方法

1)应变测试:本试验采用静态电阻应变仪测量混凝土及钢筋的应变;2)挠度观测:在试验桥跨的拱脚通过装置在独立的刚性比较大的支撑上的数显式电子位移计或百分表直接测读拱脚的水平位移;3)裂缝观测:每一级加载前后,用裂缝观测仪测读裂缝宽度及裂缝的展开情况。

表1 主要构件混凝土强度回弹测试表

2.4 试验荷载及加载试验程序

根据要求按照人群荷载3.5 k N/m2的荷载要求进行加载试验。因此,经过计算分析,采用一辆轴重为100 kN的试验车辆(前轴重30 k N,后轴重70 k N)加载。

加载试验效率按照人群荷载3.5 kN/m2的荷载要求控制在0.95～1.05之间。桥梁加载后工作状况较差时,加载试验效率取低限,试验过程中对控制点的位移(或应变)进行监控。

3 试验测试结果分析

3.1 桥梁裂缝调查及试验情况

1)主拱肋除被船撞击损坏之外,未检查到垂直于拱肋方向的裂缝,试验过程中亦未发现新的裂缝出现。2)拱肋横向微弯板发现有两条裂缝,裂缝宽度分别为0.22 mm和0.18 mm,试验过程中裂缝的长度和宽度未见扩展。3)拱上结构中,立柱混凝土出现鼓裂,钢筋外露锈蚀严重。4)桥面铺装层大面积损坏,桥梁栏杆混凝土严重脱落、老化。

3.2 混凝土强度回弹测试

从表1中可以看出,拱肋混凝土强度大于30 MPa;立柱混凝土强度低于20 MPa;微弯板混凝土强度低于25 MPa。该桥主拱肋的混凝土强度满足要求,而其他部分混凝土强度不能满足要求。

3.3 变形测试

试验加载工况下,测试截面实测挠度分析值及残余挠度值见表2。

表2 试验加载跨中、拱脚截面实测挠度及残余挠度表

从表2中可以看出:1)拱肋跨中的实测挠度较小,横向分布不均匀,表明桥梁在跨中截面处的横向连接较差。但是测试工况中残余挠度不大,说明该桥梁结构刚度在试验荷载范围内工作正常;2)拱脚处在试验荷载各工况下没有附加位移发生,说明桥台处的抗推能力满足要求。

3.4 应变测试分析

从应变测试结果可以看出:1)该钢筋混凝土肋拱桥跨中截面在试验荷载各工况下混凝土实测应变离散较大,桥梁的横向作用不太明显。但是残余应变在20%之内,主拱肋的回弹性能较好,说明该钢筋混凝土肋拱桥跨中截面结构强度在恒载和试验荷载共同作用下工作正常。2)该空腹式钢筋混凝土拱桥1/4截面在试验荷载下,混凝土实测应变分布比较均匀,表现出良好的整体性能,而且残余应变较小,说明该空腹式钢筋混凝土拱桥1/4截面结构强度在恒载和试验荷载共同作用下工作正常。

4 结构性能评定

1)该桥梁主拱肋在试验前后均未发现裂缝,其结构强度、刚度在恒载和试验荷载共同作用下工作正常,该桥主拱肋目前能满足人群荷载3.5 k N/m2的荷载要求;2)全桥横向整体性能相对较差,桥面铺装大面积破坏,拱上立柱破坏严重,混凝土强度较低,已不能满足运营要求;3)桥栏杆混凝土严重老化剥落,不能满足使用要求;4)两侧桥台有较大的抵抗水平推力的能力,桥梁有维修加固的潜力。

5 加固建议

1)对两侧边拱外侧及底部用钢板粘贴补强,以增强防撞能力。2)拱上结构(包括立柱、横系梁、桥面铺装及栏杆)全部拆除重建,并在横向连接方面作相应的加强。

[1]交通部颁标准,公路旧桥承载能力鉴定方法[S].

[2]交通部颁标准,公路桥涵设计规范[S].