关于旧桥静载试验的几点经验

李 侠，孙俊平

(1.上海勘测设计研究院，上海市200434；2.嘉兴市秀洲区水利局，浙江嘉兴314001)

1 概述

在旧桥承载力测试工作中，要注重桥况检查，注意检查几种裂缝和钢筋锈蚀程度；须正确布置应变片测点，并对测量数据可靠性有充分认识；要准确、巧妙地运用校验系数评价以及相对残余变形评价方法[1]。

2 注重桥况检查

在旧桥静载试验前，首先应进行细致的桥况检查，检查桥面(铺装层、伸缩缝)、附属设施、主梁(包括横隔板、撑梁、加劲肋等)、支座(位移和变形)、桥墩、桥台等构件有无劣化与损坏情况，检查桥梁基础有无水流冲刷毁坏情况，通航桥梁还需要检查有无设置防撞设施。然后选择受力最大的跨位以及劣化严重的跨位作为静载试验对象，做到外观检查与内部测试相结合。桥面铺装层磨损轻则影响行车舒适度，重则影响桥梁使用寿命；桥梁护栏损坏、缺失会影响行人安全；支座产生不均匀压缩变形,会导致偏心受压不利情况。

非预应力空心箱梁或槽型梁在高温条件下浇筑成型时，常因养护不当留下温度收缩缝，中间宽，两端窄，多贯穿整个肋板，极大的影响桥梁使用年限，对此类构件应报废。未设置横隔板或横隔板中钢板焊接不牢固的T型梁桥，因横向联结较弱且平面外刚度很低，边梁易发生平面外弯曲破坏。对于预应力桥，靠近支承附近的梁翼处若有轴向裂缝发生，则表示其横向补强筋不够。若梁身发现横向裂缝时，则表示预应力严重的丧失或是预应力钢筋的位置不对。在支承附近或预应力筋的锚头附近混凝土的裂缝或剥落常常是由于不良的设计所引起。

旧桥桥况检查时，不仅要检查裂缝(裂缝是钢筋锈蚀的主要原因)，更要检测主筋和箍筋的锈蚀程度，不可忽视箍筋锈蚀的危害。以前钢筋锈蚀状态检测主要指纵向主筋，实际上箍筋首先锈蚀[2]，当纵筋锈蚀截面损失率在5%～10%范围内时，箍筋已有很多锈断。原因是箍筋位于主筋的外面，直径相对较小，对截面损失更为敏感。箍筋锈蚀后，降低了对混凝土的约束作用，使梁的抗剪极限承载能力下降，由于剪切破坏的脆性性质，一旦发生其后果比正截面破坏严重得多。对于非预应力桥，首先进行目视检查，检查有无钢筋锈蚀引起的锈迹、裂缝、起鼓、剥落情况，必要时直接凿开混凝土，露出钢筋，目视检查钢筋锈蚀程度。对于预应力桥，目视检查内部钢筋或钢绞线的锈蚀情况比较困难，可先通过外部迹象初步判断，如有无裂缝、渗水情况；锚接具外部钢绞线有无锈蚀(钢绞线表面有锈粉表明锈蚀程度轻微，表面有锈斑则表明锈蚀程度较为严重)。然后采用钢筋锈蚀测定仪大范围进一步检测。

3 正确布置应变片测点，确保测试数据可靠

对于普通钢筋混凝土旧桥，通常已经出现裂缝，要考虑开裂对旧桥承载能力的影响，必须在关键裂缝截面凿开钢筋外面的保护层，把应变片贴在钢筋上。若裂缝没有越过中性轴，可把应变片贴在受压区混凝土表面，作为辅助测试内容。一般情况下，不允许把应变片贴在受拉区混凝土上，贴在裂缝上，测试数据偏大，贴在裂缝附近则测试数据偏小。对于预应力桥，在开裂荷载之前，梁截面混凝土应力计算满足小应变平截面假定，应变在截面上线性变化，应变与挠度理论值容易计算，用混凝土应变与挠度校验系数评价比较可靠，因此一般把应变片贴在混凝土上。

可靠的应变测试数据是安全评定的重要依据，也是应变校验系数评定方法可行的前提条件。在旧桥应力测试中，绝大多数用应变片。应变片粘贴和测试比较繁琐，使用中常会出现以下问题：试验时间较长时，应变片测量值有漂移；应变片接线被拉断，没有数据；应变片初始不能平衡；关键测点应变片测量值有怀疑。可用的解决措施有：缩短加载时间，选择温度稳定性较好的时间进行试验；应变片接线固定在测点附近；每个钢筋应变测点上布置两枚应变片；选择几片梁，在控制截面混凝土应变测点上布置两枚应变片；对于可能发生平面外弯曲的结构(如T型梁边梁、钢桁架)，应在两个侧面对称布置混凝土应变测点。

4 校验系数及相对残余变形(或应变)评价

校验系数η是指荷载试验实测效应与相应的计算效应之比。它是评定结构工作状况，确定桥梁承载能力的一个重要指标。一般要求η值不大于1，η值越小表示结构的安全储备越大，η值过大或过小都应该从测试和分析计算两方面查找原因。测试方面要求测试数据有代表性，准确可靠，一般要求：测点布置在挠度、应力较大部位，测量值较大，相对误差较小，不可采用梁中心轴附近的混凝土应变数据做校验系数计算评价；为简化分析计算，测点应布置在边界条件简单的部位；多种测试方法相互验证；同一个测点布置两枚应变片或两只百分表，可作备用，也可验证测试数据是否可靠，澄清应变传感器的有效性问题。计算方面要遵守以下原则：采用开裂截面计算截面内应力，不考虑受拉区混凝土的抗力；考虑桥面铺装层易损坏，计算时不考虑铺装层对结构受力的有利影响；计算荷载横向分布系数时，不考虑防撞墙或隔离带参与作用，须参考类似工程经验以及本次试验数据，并作出修正。上面的计算简化使应力与挠度计算值较测量值偏大，表现为校验系数小于1。至于受力简化模型是否正确、影响因素是否考虑周全，则依赖于鉴定专家的学识与经验。

对于横向联结较弱的T型梁桥，当桥面加载时梁体常会发生平面外弯曲，理论计算时难以考虑。可在两个侧面对称布置混凝土应变测点，通过理论分析分离出平面内弯曲应变，再与理论计算值比较，进而可评价T型梁平面内抗弯能力。在钢制梁、钢桁架的受力分析中，稳定问题非常重要，在试验中要格外注意。

在最不利工况下，梁体受力接近于承载能力设计值，随着时间推移，裂缝逐渐扩展，挠曲变形逐渐增大。一般要求延长加载时间，观测梁体的挠度变化情况，进而评价桥梁结构的长期弹性恢复能力。只有当钢筋屈服时(此时结构开始破坏，实际试验中应该避免)，才会出现相对残余变形大于20%的情形，所以用该条标准评价桥梁弹性恢复能力实际意义不大。如果考虑应变的漂移，相对残余应变的评价方法并不可靠。一般来说，应变或变形随荷载变化的线性关系好，能反映结构处于良好的弹性状态。

5 旧桥静载试验实例

5.1 旧桥概况

某大桥位于浙江省境内，建成至今有10 a，为静定组合式预应力T型钢构梁桥。桥梁纵向由7孔组合式T梁组成，其跨径组成为1×60m+2×40 m+4×20m，全桥总长242m，桥梁总宽为9.5m，其中车行道净宽为7m，双向两车道(见图1)。悬臂T型钢构采用预应力钢筋混凝土分块变截面箱梁拼装而成，铰接缝材料采用环氧树脂，箱梁为单箱双室结构，每块箱梁自重19.6～22.1 t。T型梁均为钢筋混凝土结构(腹板宽0.2 m，净高1.1 m，内梁翼缘板宽度2 m，南、北侧外梁翼缘板宽度2.25 m，厚度8~21 cm，强度等级 C40)，跨内横向并排布置4片，每片自重约30 t，纵向设有4道横隔板，下部结构为钻孔灌注桩承台组成的桥墩。该桥计算荷载汽车-20级，人群荷载3 kN/m2，验算荷载为挂车-100。

图1 主桥半立面示意图

5.2 桥况检查

桥况检查发现问题有：(1)桥面铺装层破损，伸缩缝橡胶材料老化、破损；(2)人行道栏板损坏；(3)第1跨南侧外梁与北侧外梁侧面各有1条竖向裂缝，贯穿整个腹板且开度大于0.25 mm；(4)T型梁横隔板中钢板均未焊接；(5)个别T型梁外梁底面与橡胶支座不密贴而脱空；(6)箱梁接缝口渗水严重，有乳白色溶解物析出，经证实为施工过程中遭受雨淋引起；(7)箱梁接缝口多个锚具未封；(8)东侧T构西南孔第2条接缝处，顶部环氧树脂局部被蝙蝠掏空，预应力钢丝束暴露，全表面有锈粉但未见锈斑，表明锈蚀程度轻微。T型梁因多个横隔板中钢板均未焊接，未能保证整桥的一体性，梁体易发生平面外弯曲，导致边梁腹板侧面出现明显裂缝，此类裂缝对梁体刚度削弱很大。

5.3 确定控制截面及测点位置

在桥况检查的基础上进行了静载试验，主要测试控制截面在荷载下的挠度及应变。选择第4跨T型梁 (20 m跨径)、东侧T构以及经桥况检查发现劣化严重的第1跨T型梁作为试验对象。采用五辆“解放牌”两轴卡车作为试验荷载，每辆卡车总重约30 t，前后轴距为4.65～5.0 m，模拟汽车-20级加重车。因5辆卡车前、后轴重并不完全相同，为精确计算荷载，需对卡车进行称重并编号。

第1跨与第4跨T型梁均为简支梁，内力控制截面为跨中截面，挠度测点布置在跨中和端口；东侧T构控制截面为墩柱与箱体结合处(即箱梁0号块)横截面，挠度测点布置在挂梁口和桥墩顶部。钢筋应变测点设置在T型梁跨中截面腹板底部受力筋表面(凿除保护层混凝土，露出钢筋)，混凝土应变测点设置在T型梁腹板一侧表面、东侧T构箱梁0号块东、西截面梁肋及中间腹板的上中下部。

5.4 试验数据分析

该旧桥承载力评定的标准如下：(1)桥梁板的相对残余挠度测试值应小于20%；(2)梁式桥主梁板的实测最大挠度值不应超过计算跨径的，悬臂端则为；(3)预应力混凝土桥的挠度校验系数正常范围为0.7~1.0，混凝土应变的校验系数正常范围为0.6~0.9。在最不利工况下，东侧T构相对残余变位为8.2%，结构弹性较好；挠度校验系数为0.72，箱梁下部混凝土压应变校验系数为0.70，均满足预应力混凝土桥校验系数0.6～0.9的要求(因箱梁中部的混凝土应变测点靠近中心轴，测量值很小，相对误差较大，上部测点受接缝口应力释放的影响，测得的拉应变偏小，故用下部混凝土测点的压应变数据做校验系数计算评价)。

在最不利工况下，第1跨及第4跨T型梁的相对残余变位稍大，在13.0%~15.2%之间，但未超过允许值20%。跨内并排停2辆车时(相当于汽车-20级，无加重车荷重水平)，第4跨T型梁北侧外梁的挠度校验系数为1.107；跨内停4辆车时(相当于汽车-20级，有加重车荷重水平)，第1跨T型梁北侧外梁的挠度校验系数为1.068，外梁钢筋应变校验系数在0.801～0.807之间，均不满足钢筋混凝土梁桥校验系数0.4～0.8的要求。

5.5 鉴定结论

T型刚构能满足汽车—20级设计荷载要求，而T型梁目前不满足设计荷载要求，加固维修建议如下：(1)对T型梁横隔板中联结钢板进行焊接，保证4片梁整体受力，对有严重裂缝的两片外梁进行加固；(2)橡胶支座局部压瘪(外梁处于弯扭受力不利状态)属于材料耐久性质量问题，需更换；(3)重铺整个水泥混凝土桥面，桥面铺装层按新规范设计，修补T构箱梁块与块之间的缝隙，以免渗水腐蚀预应力锚束，酿成严重事故；(4)紧急修补部分栏杆及人行道缺损处，保证行人安全；(5)在加固维修完成前，过桥车辆限制吨位为 20 t。

[1]上海勘测设计研究院.旧桥测试经验总结报告[R].2008.

[2]夏兆光,吴兵.水闸混凝土构件老化分析与加固方法[J].浙江水利科技,2010(9):38-39.

[3]公路旧桥承载能力鉴定方法(试行)[S].北京:人民交通出版社,1988.