载荷试验在桥梁火烧受损检测评估中的应用

刘佩佩

（河北省道桥工程检测有限公司，河北 石家庄 050021）

1 工程概况

宣大高速公路K208＋323中桥，上部结构为5～13m普通钢筋混凝土空心板，板高75cm，为先简支后连续结构，混凝土设计标号为C30；下部结构为桩柱式基础，柱直径达110cm，混凝土设计标号为C25。桥梁设计等级为汽车—超20级、挂车—120。

2012年7月16日上午6时许，一辆柴油罐车由东向西行至该桥时发生侧翻，柴油泄漏至北京方向桥面并起火燃烧，柴油顺泄水孔流至桥下，导致该桥北京方向外侧严重受损。桥梁被大火燃烧近两小时，起火物为柴油。

桥面及西桥头引路沥青混凝土路面均被柴油腐蚀，面积为79×12m2，局部沥青被烧融，松散；西桥头引路路基边坡被柴油腐蚀，面积为15×6m2；波形防撞护栏损坏长度为101m；立柱损坏42根；防眩板损坏22片；0＃台、1～4＃墩顶部支座存在火烧烟熏痕迹；水泥混凝土防撞护栏烧毁长度为51m，混凝土脱落面积为20×0.3m2。

2 载荷试验

2.1 静力试验荷载的确定

本次试验的主要目的是检验结构承载能力是否符合设计要求，故采用基本荷载加载。就每一加载试验项目而言，其所需加载的数量，根据设计标准活载产生的该加载试验项目对应的控制截面内力或变位等的最不利效应值，按下式所确定的原则等效换算而得：

式中：η——静力试验荷载效率系数；

Sstat——试验荷载作用下，某一加载项目对应的控制截面内力或变位等的最大计算效应值；

S——设计标准活荷载不计冲击荷载作用时产生的该加载试验项目对应的控制截面内力或变位等的最不利计算效应值；

（1＋μ）——设计计算取用的动力系数，其中μ为按规范采用的冲击系数。

综合考虑静力试验荷载效率、控制断面的设计弯矩值及加载车辆的来源等因素，本次等效荷载采用2辆四轴重载汽车充当，试验车辆的轴距以及满载重量见表2－1。

表2-1 加载车辆规格表

2.2 测试位置及项目

该桥为5～13m先简支后连续结构，根据结构受力特点，本次试验测试位置有：北京方向第1孔跨中截面、1＃墩墩顶截面、第2孔跨中截面。测试项目有控制截面应变及挠度。

2.2.1 应变测试断面及测点布置

由于本桥为普通钢筋混凝土结构，所以控制截面应力测试采用钢筋表面粘贴式应变计方式获得。关键应力测试截面共布置3个，分别为北京方向第1孔跨中截面、1＃墩顶截面和第2孔跨中截面。由于本次试验主要目的是确定火灾对结构的影响，故主要测试在偏载作用下外侧1～4＃板底应变及挠度。

2.2.2 挠度测试断面及测点布置

考虑到本桥的受力特点及本桥测试工况，本次静载试验挠度测点纵向布置在支点及试验孔四分点上。

2.2.3 各工况加载位置

为了确定火灾对桥梁的影响，本次静载试验选取了北京方向第1孔、第2孔偏心最不利加载，工况有：第1孔跨中正弯矩最不利偏心工况、1＃墩顶负弯矩最不利偏心工况和第2孔跨中正弯矩最不利偏心工况。

2.3 试验荷载效率系数

该桥主要测试断面静力试验荷载效率系数见表2－2。

表2-2 试验荷载效率

2.4 试验加载程序

该桥静力荷载加载的试验程序见表2－3。

表2-3 桥梁静载试验工况表

2.4.1 为了使结构进入正常的工作状态，在进行正式加载试验前，用一辆试验车在试验孔跨中部位进行2～3次横桥向对称的反复预加载。

2.4.2 预加载卸至零荷载，并在结构得到充分的零荷载恢复后，进入正式加载试验。正式加载试验按加载工况序号进行，完成一个序号的加载工况，在结构得到充分的零荷载恢复后，再进入下一个序号的加载工况。

2.4.3 为保证结构及整个试验过程的安全，本次加载采用分级加载，通过调整上车数量及车辆加载位置实现分级加载。

2.5 静力试验结果与分析

下面对本次静载试验结果按应力测试、挠度测试、残余变形及抗裂性的顺序进行分析。

2.5.1 应力测试结果与分析

在进行应力数据对比分析时，选取了对应加载工况的测试值与对应位置的理论值进行对比分析，各工况应力对比数据见表2－4～表2－6（应力正向规定：拉为正，压为负）。

表2-4 第1孔跨中断面空心板底部应力数据

表2-5 第2孔跨中断面空心板底部应力数据

表2-6 1#墩顶断面1-1#空心板侧面应力数据

由实测应力数据可知：

a）第1孔跨中控制截面：各测点钢筋应力最大为50.20MPa，小于理论值71.00MPa；该控制截面各应力测点校验系数最大为0.71，小于规范允许值1.0；

b）第2孔跨中控制截面：各测点钢筋应力最大为44.70MPa，小于理论值67.60MPa；该控制截面各应力测点校验系数最大为0.66，小于规范允许值1.0；

c）1＃墩墩顶控制截面：截面底缘测点钢筋应力为－20.90MPa，大于理论值－15.70MPa；该测点校验系数为1.33，大于规范允许值1.0。

综上所述，该桥北京方向1＃墩顶负弯矩控制截面受压区应力校验系数不满足规范要求，说明该断面经火灾后底部混凝土强度降低，导致钢筋受压应力偏大。

2.5.2 挠度测试结果与分析

该桥试验孔不同荷载工况下作用挠度的具体测试数据及理论值见表2－7～2－8及图1、图2（挠度数据：向下为正，向上为负）。

由实测挠度数据可知：

a）在第1孔正弯矩偏心荷载作用下，第1孔跨中最大挠度值为3.85mm，小于理论值4.59mm；各挠度测点校验系数最大值为0.84，小于规范允许值1.0；

b）在第2孔正弯矩偏心荷载作用下，第2孔跨中最大挠度值为3.80mm，大于理论值3.67mm；各挠度测点校验系数最大值为1.10，大于规范允许值1.0。

综上所述，该桥第2孔由于受火严重，结构刚度已经低于设计要求。

表2-7 第1孔偏心加载工况边孔1#～4#梁挠度数据

图2-1 第1孔偏载工况边孔1至4#梁挠度对比曲线

表2-8 第2孔偏心加载工况次边孔1#～4#梁挠度数据

图2-2 第2孔偏载工况次边孔1#～4#梁挠度对比曲线

3 结论

3.1 由实测应力数据可知，北京方向第1孔、第2孔跨中控制截面各测点钢筋应力校验系数均小于规范允许值1.0；1＃墩墩顶控制截面底缘测点钢筋应力校验系数为1.33，大于规范允许值1.0。

从理论受力角度考虑，第1、2孔跨中加载工况为正弯矩工况，在正弯矩作用下，空心板顶部受压、底部受拉，顶部混凝土受火灾影响较小，底部混凝土虽然影响较大，但底部拉应力主要由钢筋承担，因此，这两个截面的应力校验系数仍能满足原设计要求。1＃墩墩顶断面承受负弯矩作用，顶部受拉、底部受压，经火灾后底部混凝土强度降低，导致钢筋受压应力偏大，因此该断面校验系数不满足原设计要求。

3.2 由实测挠度数据可知，第1孔跨中各挠度测点校验系数均小于规范允许值1.0；第2孔跨中各挠度测点校验系数最大值为1.10，大于规范允许值1.0。

该桥第2孔校验系数超限的原因主要有：

a）第2孔受火灾影响最大，1～5＃板板底混凝土强度均明显降低，混凝土对钢筋的握裹作用也相对降低，整体刚度减小；

b）1＃墩顶断面受火灾影响也较大，第1、2孔之间的结构连续性能降低，该断面对相邻两孔的弯矩抵消作用降低。

综上所述，受火灾影响，该桥第2孔整体刚度、1＃墩顶负弯矩底面强度均明显降低，第2孔挠度校验系数、1＃墩顶断面底部压应力校验系数均超过了规范要求的1.0。

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