基于外观检测和荷载试验的单梁受力分析

张西强

(中交路桥技术有限公司，北京 100018)



基于外观检测和荷载试验的单梁受力分析

张西强

(中交路桥技术有限公司，北京 100018)

文章结合突泉北大桥桥梁状况评定实践，采取外观检查和静载试验相结合方法，对桥梁结构的实际工作状况和承载能力进行了评定，确定了该桥具有单梁受力现象，按规范对桥梁结构进行综合评估，确定了桥梁技术状况等级。

桥梁状况评定；外观检查；静载试验；承载能力；单梁受力；综合评估；技术状况等级

0 引言

随着我国公路交通事业的迅速发展，公路交通量的快速增加以及车辆载重的不断增大，桥梁检查和养护重要性越来越突出，如何准确地对公路桥梁技术状况做出评估，对桥梁结构承载能力做出评定，以确保桥梁结构安全，这是公路桥梁养护工作中非常关键的问题。

在进行桥梁技术状况评定时，一般情况下，根据桥梁缺损状况调查评估以及质量状况检测评定结果进行评定，当对桥梁技术状况难以确定或对其承载力有所怀疑时，可以通过荷载试验对桥梁的结构状态和工作性能进行测试评估，确定其承载能力。通过外观检测和荷载试验综合分析，为桥梁维修改造，消除

安全隐患提供了科学、有效、准确的试验检测依据。

1 工程概况

内蒙古突泉北大桥位于突泉县北出口，桥跨季节性河流，修建于1981年，为正桥，上部结构为6×20 m装配式普通混凝土简支T梁桥，横向由7片主梁组成，梁高128 cm，梁间净距140 cm；每跨5道横隔板，中间3道，两端各一道，横隔板厚度为15 cm，两片梁之间横隔板通过钢板焊接和2 cm湿接缝连接而成；下部结构为柱式墩台，桥面净宽9.0 m，两侧人行道各宽1.25 m，人行道栏杆为混凝土护栏。

图1 突泉北大桥立面图

在日常性检查过程中，发现该桥桥面铺装出现了纵向裂缝，主梁出现竖向、横向以及斜向裂缝，横向连接系局部出现破损现象。为了确定该桥桥梁状况，需要对该桥进行全面检查和评估[1]。

2 桥梁外观检查

经过对桥梁进行外观检查，该桥存在的主要病害如下：

(1)桥面系：各伸缩缝内均积土，局部破损；人行道通长网裂，且局部破损；在部分主梁与主梁接缝处，桥面铺装出现纵向裂缝，初步判定为反射裂缝，可能存在单梁受力现象；全桥护栏扶手局部锈蚀，立柱根部局部断裂松动。

(2)上部结构：主梁横隔板连接区域出现开裂、局部破损、钢板锈蚀现象；主梁翼缘局部锈蚀露筋、破损露筋；主梁支座至L/4区域腹板两侧出现大量斜向裂缝，而且部分裂缝宽度超过规范限值；L/4至3L/4区域主梁出现大量竖向裂缝，大多数竖向裂缝自梁底向上延伸，裂缝下宽上窄，而且裂缝长短不一，宽度不一，裂缝间隔20～40cm，部分裂缝宽度超过限值；全桥主梁梁底出现大量横向裂缝，部分横向裂缝贯通腹板，裂缝间隔20～40cm，部分裂缝宽度超过限值。

(3)下部结构主要病害为：盖梁上方主梁均未设置抗震挡块，桥墩盖梁侧面出现竖向裂缝，局部锈胀开裂，盖梁前后侧面有水迹，盖梁上方杂物堆积。

3 桥梁荷载试验分析

根据桥梁外观检查结果，跨中和支点部位存在结构性裂缝，桥面铺装存在纵向反射裂缝，横向联系存在局部破损现象。该桥是否真正存在单梁受力现象，将对该桥技术状况评定以及加固维修方案起着决定性作用，为了进一步判定桥梁实际工作状况，采取结合荷载试验方法进行综合分析。

3.1 桥梁荷载试验方案

由于该桥缺少相关技术资料，经过实际勘察和相关技术资料比对，拟以公路-Ⅱ荷载标准采用有限元进行控制计算。据结构受力特点、病害特征以及相关规范要求，本次静载试验选取桥梁病害程度较严重第2跨分别对跨中、支点截面截面进行跨中最大正弯矩和支点最大剪力两个工况的荷载试验测试，并根据结果进行判断是否能够满足公路-Ⅱ荷载要求[2-7]。

3.2 加载图示及荷载分级

工况一：跨中最大正弯矩测试(A-A截面)

使用4辆重车进行加载。各级加载产生的单梁最大截面内力及荷载效率见表1，加载位置图示见下页图2，加载荷载分级见表2。

表1 工况一荷载效应(弯矩)及荷载效率表

图2 加载车位布置示意图(单位：cm)

表2L/2控制弯矩工况荷载分级表

加载车位(m)加载等级第1级第2级第3级第4级第5级x7.55.54.53.52.5y7.55.54.53.52.5

工况二：支点最大剪力测试(B-B截面)

使用4辆重车进行加载。各级加载产生的单梁最大截面内力及荷载效率见表3，加载图示见图3。

表3 工况二荷载效应(弯矩)及荷载效率表

图3 加载车位布置图(单位：cm)

3.3 试验结果分析

桥梁静载试验的观测项目主要包括三个方面：(1)应力观测；(2)变位观测；(3)荷载试验现象观测。应力应变观测主要是针对试验所进行的各测试截面所对应的测试项目，试验现象观测主要是对试验过程中结构或构件表面的开裂状况进行检查、有无异常的振动和响声等。除此之外还应对试验所处的环境进行观测，如环境温度等。

试验曲线能够非常直观地反应试验的结果，通过曲线来表示实测应变和理论计算值的比较情况、各控制点主要控制点的变位(应变)、挠度分布情况。通过这些曲线可以一目了然地对试验结果进行评价，找出异常点、结构的工作状态是否处于弹性状态、判断应变分布是否符合平截面假定等，有针对性地分析产生这些情况的原因、在结果中是否具有普遍性，从而对结构做出客观准确的评价。

从图4中可以看出，满载时，测试截面横桥向各梁梁底应变实测值曲线与计算值曲线不符，3#梁、4#梁应变出现突变，而且实测值大于计算值，说明横向联系较弱，整体受力不均匀，存在单梁受力现象[8]。

图4 满载时横向各梁应变分布曲线图

图5 满载时各梁挠度横向分布曲线图

从图5中可以看出，满载时，测试截面横桥向各梁梁底挠度实测值曲线与计算值曲线不符，3#梁、4#梁应变出现突变，而且实测值大于计算值，该梁实际受力与理论不符，横向联系较弱，受力不均匀，存在单梁受力现象。

工况二为支点剪应力测试工况，本工况采用应变花测试各方向应变ε0、ε45、ε90，通过实测应变值推算最大剪应力τmax。

满载时，实测最大剪应力与分析值如表4所示[9-10]。

表4 剪应力实测值与计算值表

从上表可以看出，在满载作用下，实测剪应力推算值1.39MPa，根据试验荷载求得的计算值为0.65MPa，实测值大于计算值，不能满足强度要求，是梁端支点附近产生斜向裂缝的主要原因。

4 主要病害原因分析以及对结构影响

根据桥梁外观检查和荷载试验结论，结合桥梁特征和自然环境，该桥产生病害的主要原因如下：

(1)桥面纵向裂缝为反射裂缝，基本上是沿着T梁与T梁接缝处展开，具有明显规律性，纵向裂缝贯穿桥面，结合荷载试验结果分析，判定为主梁具有单梁受力现象。该病害产生的主要原因是由于超载和横向联系失效等造成的。主梁翼缘具有渗水现象，桥面渗水使混凝土极易受到腐蚀，引起钢筋锈胀，从而降低了混凝土耐久性。

(2)伸缩缝装置是桥梁结构的重要构件，理想的伸缩缝装置必须满足上部结构梁与梁之间和梁与台之间的位移；伸缩缝装置的锚固是牢固可靠、经久耐用的，能够抵抗机械磨损、碰撞；车辆行驶平稳、舒适；能防止雨水和垃圾渗入；伸缩缝局部破损，往往造成路面不平顺，对行车安全造成不利影响，而且致使伸缩缝处跳车严重，车辆对主梁冲击作用也随之明显变大，从而造成主梁结构损伤和结构性能减弱。

(3)腹板斜裂缝为结构性裂缝，腹板出现斜向裂缝主要是由于主拉应力超过抗拉强度或腹板抗剪不足引起的剪切病害。斜裂缝产生的原因为：斜裂缝首先发生在剪应力最大的支座附近，与梁轴线成45°左右开裂，随着时间推移，不断向受压区和跨中方向发展，这类裂缝一般随着荷载的变化而变化，很容易产生结构性破坏。

(4)腹板竖向裂缝和横向裂缝，一类是由外荷载引起的裂缝，也称结构性裂缝，表示结构承载力可能不足或车辆超载引起的，此类裂缝主要是梁底先产生横向裂缝，进而由下向上发展成腹板竖向裂缝，此类病害容造成桥梁承载力降低；另一类裂缝是为非结构性裂缝，此类病害多位于薄腹板中部，中间宽两头细，为向上向下延伸，此类病害主要是由温度变化、混凝土养护差、腹板上水平钢筋少造成的收缩徐变产生裂缝，此类裂缝主要影响结构耐久性。

(5)横隔板病害产生原因是T形简支梁桥的翼缘板较弱，横向联结采用钢板焊接，施工中的焊接质量不易保证而造成结构的横向稳定性较弱，超载车辆通过后，引起梁体之间的接缝开裂、横隔板钢板焊缝开裂等病害；另外，施工原因导致的横隔板没有对齐，连接质量差，以及T梁间接缝质量差，混凝土不密实也是引起横隔板病害原因之一。

此类病害容易引起横系梁横向传力的功能减退，桥梁整体性变差，引起单梁受力结果，诱发主梁其他病害的产生。

(6)桥梁挡块主要作用是防止桥梁在横向地震力作用下发生横向较大的位移桥，墩盖梁上方未设置挡块，对主桥桥跨主梁抗震不利。

5 检测结果

经外观检查及技术状况评估，结合静载试验结果进行综合分析，突泉北大桥技术状况等级评定为四类，该桥承载能力不能满足公路-Ⅱ级荷载标准要求。

6 结语

荷载试验对桥梁外观检查结果进一步进行分析，为该桥技术状况评价提供了有力证据支持，检测结果表明该桥处于差的状态，根据《公路桥梁养护规范》(JTGH11-2004)3.5.4条，四类桥梁需进行大修或改造，及时进行交通管制，如限载、限速通过；在进行加固改造之前，应加强桥梁日常巡查和养护工作。

[1]JTGH11-2004，公路桥涵养护规范[S].

[2]JTGD60-2004，公路桥涵设计通用规范[S].

[3]JTGD62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[4]JTGF80/1-2004，公路工程质量检验评定标准[S].

[5]JTG/TJ21-2011，公路桥梁承载能力检测评定规程[S].

[6]宋一凡.公路桥梁荷载试验与结构评定[M].北京：人民交通出版社，2002.

[7]谌润水，胡钊芳.公路桥梁荷载试验[M].北京：人民交通出版社，2003.

[8]蓝 宝，花尉攀.MIDAS在桥梁检测荷载试验仿真中的应用[J].低温建筑技术，2009(5)：55-57.

[9]李廉锟.结构力学[M].北京：高等教育出版社，2005.

[10]刘鸿文.材料力学[M].北京：高等教育出版社，2011.

Single-beam Stress Analysis Based on Appearance Inspection and Load Test

ZHANG Xi-qiang

(CCCC Road and Bridge Consultants Co.，Ltd.，Beijing，100018)

Combined with bridge condition assessment practices of Tuquan North Bridge，and by using the method of both appearance inspection and static load test，this article evaluated the actual working conditions and carrying capacity of bridge structure，determined that this bridge has the phenomenon of single-beam stress，then the bridge structure was comprehensively assessed according to specifica-tions to determine the technical condition rating of the bridge.

Bridge condition evaluation；Appearance inspection；Static load test；Carrying capacity；Single-beam stress；Comprehensive evaluation；Technical status rating

张西强(1980—)，硕士研究生，主要从事桥梁检测与加固工作。

U446.2

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.11.015

1673-4874(2015)11-0068-04

2015-10-11