缺失资料既有桥梁无损检测及承载力评定

刘 喆 夏叶飞

1江苏宁杭高速公路有限公司（211200） 2江苏华通工程检测有限公司（211100）

桥梁建成通车以后，随着时间的推移，由于种种因素会使桥梁安全度有所下降，以至影响车辆运营的安全。对既有桥梁进行科学的检测和评估，充分了解桥梁的实际状况既可以为经济可靠地利用既有桥梁提供依据,也可以避免灾难性事故的发生，同时根据检测结果进行加固，提高其承载力，使其满足日益增长的交通量需求，继续为现代交通运输服务,可以给国家带来显著的经济效益和社会效益，我国桥梁建设方可真正步入“建养并重”的可持续发展道路。但在实际检测工作中，往往发现桥梁相关资料丢失现象严重，有些桥梁甚至无任何原始资料，给检测工作带来了很大困难。结合某旧桥检测，介绍了对缺失资料既有桥梁进行无损检测和承载力评定的实用方法。

1 资料收集

检测桥为跨径59.5 m，桥面宽8 m的上承式桁架拱桥。桁架拱由2片拱肋组成，靠桥台处拱肋由上弦杆、下弦杆和斜杆组成，跨中拱肋由I字型截面组成，拱肋间距4.8m，拱肋宽0.5m，拱上立柱间距3.5 m一道，共16道，立柱上设置盖梁，盖梁上设置连续桥面板拱。桥面采用沥青混凝土铺装，两侧伸缩缝均采用毛肋伸缩缝，浆砌块石桥台。上承式拱桥由于缺少设计图纸，所有结构尺寸均为现场测量。为方便现场检测、利于后期养护、维修加固，现对本桥各构件进行统一编号。构件总体编号按照从北向南， 桥台编号为 0#、1#， 板拱编号为 1#、2#、……、17#，立柱编号为 1#、2#、……、16#，拱肋从左向右编号为1#、2#，拱肋实腹段和弦杆段；弦杆段分上弦杆、下弦杆和斜撑，斜撑的编号从南往北依次为1#、2#、……、20#，横向联系编号为 1#、2#、……、10#。

2 主体结构的无损检测

2.1 外观检查

采用电磁无损检测法确定钢筋的位置和混凝土保护层厚度，回弹法测试桥墩、梁体混凝土强度，回弹法测试混凝土强度，在新鲜混凝土断面喷洒酚酞试剂的方法测定碳化深度。

桥面系裂缝调查结果:桥面护栏之间连接局部松动，桥面伸缩缝锚后混凝土与沥青连接部位少量破损；桥面沥青铺装基本平顺，无明显破损和开裂。

上部结构裂缝调查结果:靠近桥台两根立柱的拱肋上弦杆构件出现环向裂缝，裂缝一般在上弦杆底面和侧面连通；拱脚附近拱肋局部出现混凝土剥落，钢筋锈蚀现象。拱肋之间横向联结构件松散，部分脱落。拱上立柱上横梁与微弯板连接部位局部开裂明显。

下部结构裂缝调查结果:拱脚处拱座局部混凝土开裂，拱座局部蜂窝空洞现象明显。桥台锥坡局部防护破损。

2.2 静载试验

2.2.1 测试截面及加载车辆

本次静载试验采用等效荷载法，采用30 t重的汽车组成的汽车车队进行加载。

应力采用表面振弦式应变传感器。对于桥台处、拱脚处和靠近岸侧弦杆位移测试采用百分表测量，跨中和实腹段与弦杆交接处附近位移测试采用棱镜测量。

2.2.2 加载工况

根据结构相应截面的内力影响线进行加载，在实际荷载试验中通过控制相应的加载车辆的数量及位置使该检验项目的荷载效率系数η满足:0.8≤η≤1.05，并尽可能使其荷载效率系数在0.9～1.0之间。共有以下六种加载工况:

1）1-1截面的最大弯矩对应的正应力和1-1截面的位移；2）2-2截面的最大正弯矩对应的正应力和2-2截面的位移；3）4-4截面和6-6截面的最大轴力对应的正应力；4）3-3截面最大轴力对应的正应力；5）5-5截面、7-7截面最大轴压力对应的正应力和7-7截面的位移；6）破损伸缩缝处桥台处竖向的位移。

2.2.3 试验结果及分析

用MIDAS结构分析软件按梁格法建立空间有限元模型进行结构计算，工况2作用下的计算结果及实测值见表1、表2所示。

表1 本次（上次）试验2-2截面应力数据分析MPa

测试数据表明，结构应力校验系数大于1，结构相对残余应变小于20%。说明结构的强度不满足设计荷载正常使用要求。

表2 本次（上次）试验2-2截面位移数据分析

测试数据表明，上次结构位移校验系数大于1，结构相对残余变形小于20%，说明结构的刚度不满足设计荷载使用要求。实测偏载系数为1.40，小于理论偏载系数为1.88，说明桥梁的抗扭刚度满足设计要求，但富余量很小。

2.3 动载试验

2.3.1 模态试验

采用脉动法进行自振特性测试，测试结果如表3所示。

表3 测试1阶频率与计算频率对比

测试结果表明，本次实测结构一阶正对称竖弯振型对应的频率为3.46，比上次实测结构一频率3.42偏高,本次实测频率比理论一阶频率3.426略微偏高,表明桥梁测试动刚度基本满足设计要求。一般钢筋混凝土桥梁的阻尼比在0.014～0.36之间，本桥本次结构阻尼比为0.0149，在正常范围之内。

2.3.2 动力荷载试验

试验数据表明，本桥跑车冲击系数满足结构评定要求。如果桥上有刹车和跳车现象，桥梁冲击系数将不合要求。因此应保证桥面平整，避免车辆在桥上刹车。

3 鉴定结论与加固维修建议

因桥梁拱脚拱肋上弦杆附近拱圈横向裂缝（绕构件环向裂缝）最大缝宽已达0.4～0.5mm,已超过《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）中规定限值（持久状况下混凝土拱构件横向裂缝限值0.3mm）；桥梁的强度、刚度和冲击系数等相关指标仍不满足汽车-15级，挂车-80设计荷载的正常使用要求,桥梁拱肋主要裂缝仍处于发展中。

鉴于该桥交通流量较大,且有超重车辆通行，应立即进行交通管制，限制10 t以上车辆通过，如必须通行超载车辆，需拆除重建。

表4 冲击系数评定表

[1] 刘菊玖.模态试验在旧桥损伤识别中的应用[J].华中科技大学学报,2005,5.

[2] 杨文渊,等.桥梁维修与加固[M].人民交通出版社,1989.