空心板桥火灾后结构承载能力试验与安全性评估

张 亮

（上海市浦东新区公路管理署，上海市 210000）

0 前言

2011年10月23日12:50左右，上海市某空心板跨线桥发生火灾，火灾持续时间约40 min。火灾造成部分桥跨受损非常严重。为了解桥梁的实际结构受力状况，判断其实际承载能力，对其进行了详细的承载能力试验与安全性评估，为跨线桥上部结构的加固设计提供技术依据。桥梁火灾后的承载能力试验与安全性评估主要包含两个方面的内容：（1）静载试验；（2）桥梁结构安全性评估。

1 工程背景

某跨线桥主线分上、下行两幅设置，单幅桥宽15～19 m，上部结构采用先张法预应力空心板梁，梁高为0.9 m，梁宽0.99 m。下部结构采用柱桩式桥墩，盖梁为钢筋混凝土矩形盖梁，基础为钻孔灌注桩。跨线桥的设计荷载为：汽车-超20级、挂车-120。火灾源位于跨线桥第KZ24、KZ25孔（墩号PZ24～PZ26）正下方的仓库。受火灾影响的桥跨结构的立面图见图1所示。经初步判断，各空心板梁混凝土表面火灾温度500～700℃，部分墩柱、盖梁表面火灾温度大于800℃[1-2]。

图1 火灾桥跨KZ22～KZ26立面图（单位：cm）

2 静载试验

2.1 试验荷载

根据静力荷载效率要求及主要控制断面的设计内力计算结果，再考虑加载车辆的特性，选用了6辆单车满载总重约32 t的四轴载重车作加载车辆。实际试验车辆的前后轴轮距为600 cm，前轴—中前轴轮距为175 cm，两中轴轮距为290 cm，中后轴—后轴轮距为135 cm左右。

2.2 测试区域、测试内容

根据跨线桥的结构受力特点和火灾后的受损状况，选取KZ24孔右幅桥跨最不利的控制断面作为静载试验的测试位置，具体位置如图2所示。

图2 KZ24孔右幅测试断面示意图（单位：cm）

测试内容主要包括：（1）跨中断面S1在相应最不利荷载作用下混凝土应力；（2）四分点断面S2在相应最不利荷载作用下混凝土应力；（3）S1、S2断面在相应测试工况最不利荷载作用下主梁挠度；（4）主梁在相应测试工况最不利荷载作用下的支座变形。

2.3 测点布置

静载试验中，S1、S2断面混凝土应力、挠度及支座位移测点、编号见图3～图6所示。

图3 S1、S2断面应变测点布置图

图4 S1断面挠度测点布置图

图5 S1断面挠度测点布置图

图6 PZ24#、PZ25#支座变形测点布置图

2.4 加载工况与效率

静载试验现场加载情况参见图7所示，各工况具体加载位置见图8所示。各试验工况的荷载效率系数介于0.85～1.05之间。

图7 静载试验现场加载实景

图8 S1、S2断面对称加载车辆布置示意图（单位：cm）

3 结果分析与讨论

在现场试验中，应变片粘帖在已打磨较密实的底板混凝土表面，为了确定密实混凝土（底板平均打磨深度1～2 cm）的弹性模量大小，试验对密实混凝土进行了回弹值测定。回弹法测定空心板密实混凝土的推定强度为55.4 MPa，混凝土强度离散性小，且均大于设计值（C50）。根据混凝土回弹测试结果，取密实混凝土弹性模量为3.45×104MPa。对静载试验中测量得到的应变和变形原始数据进行处理，得到各测试部位在相应试验荷载下的实测应力和变形。静载试验混凝土应力实测结果及与理论值的比较见图9～图11所示。

图9 加载控制断面对称加载混凝土应力曲线图（单位：MPa）

图10 加载控制断面偏载混凝土应力曲线图（单位：MPa）

图11 S1断面挠度实测值与理论值比较曲线图（单位：mm）

火灾后静载试验测试结果表明：（1）在对称加载及偏载工况下，除4#板梁外，跨中断面其余板梁的应力校验系数均小于1，满载时，主要测点的应力校验系数在0.33～0.80之间。（2）在对称加载工况下，跨中断面4#板梁在加载过程中应力始终偏大，满载时应力校验系数为1.05。（3）在对称加载及偏载工况下，除4#、5#、11#板梁外，近PZ25墩1/4断面（S2）其余板梁的应力校验系数均小于1，满载时，主要测点的应力校验系数在0.20～0.85之间。（4）在对称加载工况下，1/4断面4#、5#板梁在加载过程中应力始终偏大，满载时应力校验系数在1.03～1.34之间；偏载工况下，1/4断面11#板梁在加载过程中应力校验系数始终大于1，满载时为1.12。（5）在各测试工况下，跨中及1/4断面所有测点的挠度校验系数均小于1，满载时各断面测点的挠度校验系数在0.28～0.63之间。（6）在各测试工况下，各板梁挠度实测横向分布与理论计算相吻合。（7）各控制荷载卸载后的结构相对残余应变和相对残余挠度均远小于20%，表明试验过程中桥梁一直处于弹性工作阶段。

4 桥梁结构安全性评估

根据火灾后桥跨结构各部件的技术状况检测与承载能力试验结果，对火灾孔(KZ24～KZ25)桥梁结构进行安全性评估。结果表明：（1）静力试验荷载下，各板梁挠度实测横向分布与理论计算相吻合，且实测值均小于理论计算值。表明火灾后该桥跨结构仍具有承受预定设计荷载的刚度。（2）静力试验荷载下，除4#、5#、11#板梁外，其余空心板控制断面的实测应力增量小于相应的理论计算值，其实际强度满足设计荷载要求。（3）静力试验荷载下，4#、5#、11#空心板控制断面的实测应力增量大于相应的理论计算值。根据现行《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）第8.3.1条[3]，可判定4#、5#、11#空心板不具备承受预定设计荷载的强度。

总的来说，试验桥跨1#～3#、6#～10#、12#～15#空心板梁的静力性能满足规范要求，具有承受预定设计荷载的强度和刚度；4#、5#、11#空心板梁的实际承载能力不满足规范要求。

5 结论

火灾后，KZ24、KZ25孔结构已产生损伤，桥梁结构部分空心板梁的实际承载能力降低。试验桥跨1#～3#、6#～10#、12#～15#空心板梁的静力性能满足规范要求，具有承受预定设计荷载的强度和刚度；4#、5#、11#空心板梁的实际承载能力不满足规范要求。

[1]黄伟利，徐志胜.回弹仪检测高温后普通混凝土抗压强度的试验研究[J]，四川建筑科学研究，2005，31（5）：56-59.

[2]李毅，项贻强，王建江.火灾后桥梁结构的损伤检测及安全性评估[J].中国市政工程，2006，123（5）：26-27.

[3]JTG/TJ21-2011，公路桥梁承载能力检测评定规程[S].