无资料混凝土桥梁承载力鉴定

李功文 白捷

摘要：通过对无设计资料装配式预应力混凝土桥梁进行外观检查，荷载试验及结构检算，对桥梁进行综合评定，为桥梁的安全运营提供了保障，解决了无资料预应力混凝土结构承载力鉴定问题，创造了良好的社会效益和经济效益。

关键词：无资料预应力混凝土桥梁；外观检查；荷载试验；结构检算；承载能力鉴定

中图分类号：U441 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）07-0121-04

1 概述

青海省玉树结古路跨河桥位于结古镇城区次干道结古路上，横跨扎西科河。据调查，该桥建成于2005年，为3×20m的后张法预应力混凝土简支空心板斜桥，斜交角度30°。桥面铺装为9.5cm混凝土铺装。主梁由高0.9m预制空心板和厚0.1m钢筋混凝土现浇桥面板组成。边板底面宽度1.24m，悬臂长0.26m；中板宽度1.24m。桥梁下部结构采用柱式墩台，板式橡胶支座。上下游简支板桥头各设有两道伸缩缝。桥面横向布置为：1.69m（人行道）+9.0m（车行道）+1.69m（人行道）。

该桥经过地震后，需要评估其承载能力，虽通过多方调查，仍无法找到该桥设计资料，造成桥梁设计荷载及结构部分尺寸不详。为了明确桥梁的荷载等级，有必要对该桥进行了承载力鉴定。

2 专项检测内容

2.1 桥梁现状检查内容

根据结构检算的要求，现状检查包含以下三部分项目：（1）上下部结构尺寸测量，如梁高，跨径等；（2）主梁钢筋分布情况扫描；（3）主梁混凝土强度测试。

2.2 静荷载试验内容

在结构调查基础上，根据实测桥梁上下部结构尺寸、跨径、混凝土强度、内部纵向和环向钢筋布置，并结合类似结构的细部构造和预应力钢绞线的配置情况，结合同时代桥梁上部构造通用图，初步判断该桥荷载等级后，通过荷载试验进一步明确现状下桥梁承载能力，荷载试验主要包含以下内容：（1）测试桥梁控制截面在试验荷载作用下各测点的应变，通过实测值与理论计算值的对比，评价结构的整体强度；（2）测试桥梁控制截面在试验荷载作用下各测点的挠度，通过实测值与理论计算值的对比，评价结构的整体刚度；（3）测试受检桥跨控制截面的裂缝变化情况。

2.3 结构检算内容

根据现状检查结果及静荷载试验内容，对空心板进行极限承载能力和使用阶段应力检算，判断桥梁在现状下的承载能力。

3 检测结论

3.1 桥梁现状检查结论

经过检查该桥存在以下主要病害：（1）空心板共6条纵向断续裂缝，最大裂缝宽度为0.20mm；1处网状裂缝，宽度为0.16mm；（2）由于地震影响，导致4处墩台挡块及盖梁和台帽相应部位被挤裂，分别为机场岸桥台挡块、机场岸1号墩上下游侧盖梁挡块和2号墩下游侧盖梁挡块；（3）台帽、桥墩盖梁均存在10条竖向裂缝，a最大缝宽0.5mm。

3.2 梁体钢筋分布情况检查

为了明确梁体配筋情况，采用用日本的NJJ-95B手持式雷达系统進行钢筋分布检测，检查结论如下：

（1）沿空心板底板横向扫描。

图1 空心板底板纵向钢筋扫描图

沿着扫描方向，可见每块空心板中间部分纵向钢筋较少，两侧钢筋区域集中，属于预应力管道的扫描影响，对比以往雷达扫描图，根据经验判断，该截面属于中间为矩形的后张法全预应力或A类预应力预制空

心板。

（2）沿空心板底板纵向扫描。沿空心板腹板纵向扫描，可见在空心板端部范围内箍筋间距为10cm。箍筋直径通过敲击空心板边缘，待箍筋出露后用游标卡尺量测确定为Ф10。

图2 空心板端部侧面环向钢筋钢筋扫描图

3.3 混凝土强度及碳化深度检测

根据《回弹法检测混凝土强度规程》。最终推定混凝土强度为50.8Mpa。

表1 混凝土强度测试结果

构件名称 平均值

（MPa） 标准差 碳化深度（mm） 强度推定值（MPa）

空心板底面 超出规程查表范围 / 1.0 50.8

4 隐蔽结构尺寸推断

空心板底板厚度及边板外腹板厚度等可通过雷达扫描确定，但中间空心板内部尺寸如腹板厚度、顶板厚度以及边板的顶板等无法测量，因此，根据已有空心板结构尺寸和钢筋分布探测结果、下部结构尺寸以往部颁标准图推断出桥梁跨中断面图如图3所示，其中桥面系尺寸为实测数据。

图3 空心板跨中断面图

5 结构检算

根据桥梁建成年限及梁高，墩柱尺寸以及桥宽等因素判断，该桥设计荷载应该为：汽车-20级，挂车-100或汽车超-20级，挂车-120。因本桥无设计及竣工资料，桥梁内部结构尺寸及预应力钢筋配置不详，但该桥在玉树灾后重建过程中作为交通要道，通行荷载较大，并考虑到安全和规范已经更新等因素，因此按照公路-II级荷载进行结构检算。

空心板外部结构尺寸、跨径、普通钢筋数量按实测值取用。空心板混凝土强度等级按C50取用。空心板内部结构尺寸和预应力钢筋配置参照20.0m跨径的空心板标准图取用，考虑到本桥为通车已达6年的旧桥，且现状检查中未发现空心板出现横向裂缝，因此不做抗裂验算。

5.1 结构模型

该桥为斜交30?的装配式后张法预应力空心板桥，采用MidasCivil有限元计算程序用梁格法进行计算。空心板截面高度1.0m（按计入桥面板厚度取值）。横梁间距0.7829m，横梁截面高度1.0m，采用二字形截面模拟，空心板间横梁为铰接。空心板钢束配置为：边板及中板配置共4根5Ф15.2低松弛钢绞线；梁端部箍筋配置配置Ф10@10，每截面箍筋肢数为4肢，每截面箍筋肢数为2肢。成桥阶段结构模型见图4。

为了尽可能准确的模拟各板在车辆荷载最不利状态，本模型中定义四个车道两个偏人行道侧的车道（组成偏载工况1）；两个正载车道（组成正载工况）。

本模型分为三个施工阶段：施工阶段一：预制主梁，持续时间28天，该阶段最后张拉预应力筋；作用的荷载有自重。施工阶段二：架梁后施工铰缝及桥面系，持续时间10天，最后加载二期恒载。施工阶段三，持续时间3650天，用于计算混凝土的收缩徐变。结构荷载包括恒载：包括空心板自重，二期恒载。活载：公路-II级，人群：3.5kN/m2。梯度温度：按10cm厚铺装层取值。结构设计安全等级：二级。荷载组合由MidasCivil软件自动生成。

图4 成桥阶段模型

5.2 持久状态承载能力极限状态计算

计算结果表明，在现状下边板跨中截面极限承载能力满足规范要求，图5-图6列出边梁正截面抗弯承载能力验算结果，其余梁片结果限于篇幅未列出。

图5 1#梁抗弯承载能力极限状态检算结果（单位：kN.m）

图6 1#梁抗剪承载能力极限状态检算结果（单位：kN.m）

5.3 检算结论

简支空心板桥正截面抗弯承载能力及斜截面抗剪承載能力均能满足通行公路-II级，人群：3.5kN/m2荷载的要求。

6 静载试验

6.1 试验截面及测点

根据本桥的结构特点，选取边跨跨中正弯矩控制截面进行静载试验，应变及挠度测点布置如图7所示。其中挠度测点采用精密水准仪及牵引式挠度进行观测读数；应变测点通过在测试截面各片空心板梁的下缘粘贴长标距应变片，进行荷载作用下的应变测量。

图7 跨中截面应变及挠度测点布置示意图

说明：“”标记为钢筋应变测点；“”标记为挠度观测点。

6.2 静载试验工况及加载效率

按《大跨径混凝土桥梁的试验方法》（试行）规定，试验荷载效率满足：0.80<η≤1.05的要求，以此确定最大用车数和车辆加载的纵向位置。

考虑到本次试验为承载能力鉴定试验，因此加载效率取高限。经计算分析，完成全部试验工况，共需4辆330kN级载重汽车。

表2 测试截面控制内力及加载效率

测试截面 用车数（台） 控制值kN.m 试验值kN.m 荷载

效率

跨中截面 4 3482 3631 1.04

7 静载试验结果

7.1 应变测试结果

各控制截面应变测试结果列于表3～4中。

表3 正载应变结果（应变单位为：με）

截面 测点

编号 弹性应变Se 理论计算值Ss 校验系数（Se/Ss）

跨中正弯截面k1 J1 59 62 0.94

J2 53 68 0.79

J3 69 82 0.85

J4 50 88 0.57

J5 60 91 0.66

J6 41 86 0.48

J7 41 80 0.52

J8 43 66 0.66

J9 37 60 0.61

7.2 挠度观测结果

在最大试验荷载作用下，各控制截面挠度观测结果列于表5中。

7.3 静载试验的结果评定

根据应变及挠度测试结果，测点实测应变值小于其对应的理论计算值，应变校验系数范围为0.48～0.94，卸载后相对残余应变均小于20%，测点实测挠度小于对应理论计算值，挠度校验系数范围为0.42～0.96，卸载后相对残余变形均小于20%，表明桥梁的强度满足要求且结构处于弹性工作状态，桥梁刚度满足要求。试验加载过程中，梁体原有裂缝未见扩展。混凝土均未出现新裂缝。

表4 偏载应变结果（应变单位为：με）

截面 测点

编号 弹性应变Se 理论计算值Ss 校验系数（Se/Ss）

跨中正弯截面k1 J1 74 97 0.76

J2 60 96 0.62

J3 73 98 0.74

J4 51 95 0.53

J5 54 84 0.64

J6 35 55 0.62

J7 34 43 0.80

J8 28 38 0.73

J9 74 97 0.76

表5 截面挠度结果

工况 测点位置 弹性变位

fe（mm） 计算值

fs（mm） 校验系数

η（fe/fs）

正载 Jf1 3.1 4.2 0.74

Jf2 3.4 6.6 0.51

Jf3 3.2 7.0 0.46

Jf4 3.1 7.4 0.42

Jf5 3.8 4.1 0.93

偏载 Jf1 4.0 6.7 0.60

Jf2 3.5 7.8 0.45

Jf3 3.4 7.7 0.44

Jf4 3.3 6.7 0.49

Jf5 2.8 2.9 0.96

8 综合评估

综合上述各项检查结论，结古路跨河桥能够满足公路-II级荷载作用下的正常使用要求，可继续使用。

9 结语

（1）结古路跨河桥经过评估后继续使用，在玉树灾后重建中发挥了重要作用。

（2）对无资料的桥梁做承载能力鉴定的一般程序为：先通过已知条件如建成年限、梁高、墩柱尺寸、桥宽等，再借助专项检查手段如雷达扫描钢筋数量、间距甚至结构尺寸，回弹法检测混凝土强度等，结合桥梁设计年限的相关规范及通用图初步确定桥梁的荷载等级，然后根据已知条件进行相应的结构验算，最后通过荷载试验最终进行验证。采用上述方法对无资料预应力桥梁进行承载能力鉴定，取得了较好的经济效益和社会效益，可供类似桥梁承载力鉴定时进行借鉴。

（3）在无资料的预应力桥梁承载能力鉴定中一些问题尚未解决，比如以目前的无损检测技术，雷达可以扫描到箍筋的间距，但同一横截面上的钢筋肢数无法确定；同样，钢筋直径尚无法测定，只有通过局部破损的方法两侧箍筋直径；另外，预应力束的根数等尚未见有效的方法量侧等。

（4）桥梁等结构物的建设资料管理在桥梁管养中占有非常重要的地位，若资料缺失，将给桥梁建成后的运营管养带来很大的困难。

参考文献

[1] 大跨径混凝土桥梁的试验方法.

[2] 公路工程技术标准（JTGB01-2003）[S].

[3] 公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）[S].

[4] 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范

（JTGD62-2004）[S].

[5] 公路桥涵养护规范（JTGH11-2004）[S].

[6] 重庆公路工程检测中心.玉树结古镇结古路跨河桥

承载能力鉴定检查报告[R].2011.

作者简介：李功文（1982—），男，湖南邵阳人，供职于招商局重庆交通科研设计院有限公司，硕士。