基于桥梁缺损状况及荷载试验的桥梁船撞事故损伤分析

■ 连 菁

（1.福建省交通科学技术研究所；2.福建省公路工程试验检测中心站，福州 361000）

0 引言

桥梁建设的发展促进了江河两岸、各海岛以及区域之间的陆地交通，却又对水上船舶的安全通航造成了影响，而这种影响同时也危及到了桥梁自身的结构安全[1]。近年来桥梁船撞事故时有发生，据不完全统计，2012年至2017年间福建省发生桥梁船撞事故逾20起，其中主要集中在漳州市、宁德市、福州市以及泉州市，拥有大型内河流域的城市。

船撞事故不断地发生，给船舶、车辆操作人员的生命财产以及社会和环境造成极大的损害。桥梁受到冲击后，桥面交通在桥梁结构损伤探明之前均处于封闭中断状态，给居民的日常通行造成较大的影响。因此，如何能够缩短桥梁结构损伤探明时间，对事故快速处理，最小程度的降低船撞带来的社会影响是一个有现实意义的难题。

本文结合福建省福安市赛岐大桥船撞事故案例，基于桥梁的缺损状况检查、桥梁静载及动载试验检测结果对桥梁的损伤程度进行分析，为事故处理提供参考依据，保障桥面交通和水上航线的安全。

1 项目概况

赛岐大桥位于福安市赛岐镇，全长487.8m，桥跨结构为 5×30m+45m+3×70m+45m+30m， 主桥为 45m+3×70m＋45m的5跨预应力混凝土箱型连续梁；福州端引桥为5孔30m的预应力混凝土简支组合箱梁，赛岐端引桥为1孔30m的预应力混凝土简支组合箱梁。大桥于1991年8月竣工通车，设计荷载为汽-20级，挂车-100，桥面宽度为净-9.00+2×1.50m，桥面为10cm砼桥面铺装层。

主桥上部结构为5跨预应力混凝土箱型连续梁，梁截面为直腹板单箱单室变高度箱型截面，支点梁高4m，跨中及端跨支点梁高2m，其间梁底缘按二次抛物线变化。除0号梁段、跨中合拢段及边跨12#梁段采用就地浇筑施工外，其余梁段全部采用悬臂拼装法施工。下部结构为圆端形刚性柱墩，基础为沉井。大桥全景图见图1。

图1 大桥全景图

2012年8月18日晚21点23分，一艘武汉冠中航运有限公司所属的康顺8号干货船（船重495吨，核定载重1020吨）由于液压锚机油破裂，锚无法抛下，当时潮水急涨，导致该船往上游侧飘移，致使该船船尾指挥舱卡在赛岐大桥第五跨下游侧箱梁翼缘板处，造成桥梁结构局部损伤，有关部门接到报警后，立即组织施救，同时封闭了过桥的交通。经过努力，货船于22点43分被脱离大桥。现场事故照片见图2、图3。

2 桥梁船撞事故检测

2.1 船撞事故检测技术路线

开展船撞事故桥梁工程检测技术路线：

（1）桥梁缺损状况检查，主要关键点：①对全桥进行缺损状况检查，着重对受撞击的桥跨；

图2 现场事故照片1——桥面

图3 现场事故照片2——梁底

②通过新旧接触面的变化判断桥梁的横向位移情况，并绘制横向位移分布表格；

③新旧开口裂缝记录的时候要进行详细区分，并通过图形表示出新裂缝的分布情况；

④对裂缝宽度超限的裂缝要对裂缝深度进行测试；⑤分析新缺损状况的分布的规律。

（2）桥梁静载及动载试验：通过缺损状况检查结果，针对船撞事故引起的缺损，有针对性的开展桥梁静载及动载试验，探明桥梁内部损伤情况。

2.2 船撞事故缺损状况检查结果

受管养部门委托，着重对该桥受撞第5跨及其相邻两跨进行缺损状况检查。检查结果如下：

（1）碰撞产生病害

① 第5跨左侧，距4#墩14.0m处人行道板损坏，长8.0m；距4#墩12m处栏杆损坏，长10.0m。

②第 5跨左侧翼缘板距 4#墩 13.0m、15.0m、17.0m处混凝土破碎，钢筋扭曲3处。破碎面积最大为2.00m×1.00m，其余 2处分别为 1.50m×0.50m，1.00m×0.30m。破碎位置距翼缘板纵向预应力钢筋横向距离为0.30～0.50m，现场缺损情况见图4。

③第5跨腹板与底板交接处混凝土掉块露筋2处，距 4#墩 17.0m、19.0m，面积均为：0.20m×0.50m。

④第5跨箱外左侧翼缘板下缘，距4#墩14.0m处，出现2条纵向裂缝，其中1条长1.35m，宽0.16mm，距翼缘板根部1.0m，另一条长5.00m，宽0.20mm，距翼缘板根部1.5m，现场缺损情况见图5。

图4 翼缘板混凝土掉块露筋

图5 翼缘板纵向裂缝

（2）桥梁原有病害

①第4跨箱内腹板共计斜向裂缝18条，缝宽0.08～0.24mm，缝长0.30～2.20m；箱外腹板共计斜向裂缝2条，缝宽0.14～0.22mm，缝长均为0.60m，桥跨腹板斜向裂缝主要出现于1/4及3/4跨径附近，且呈八字形对称分布；箱外梁底底板共计纵向裂缝2条，缝宽0.12～0.14mm，缝长均为0.50m。

②第5跨箱内腹板共计斜向裂缝14条，缝宽0.10～0.24mm，缝长0.50～2.20m（见图6所示）；箱外腹板共计斜向裂缝 3条，缝宽 0.14～0.16mm，缝长 0.60～1.30m。桥跨腹板斜向裂缝主要出现于1/4及3/4跨径附近，且呈八字形对称分布。

③第6跨箱内外梁体无明显病害。

2.3 桥梁静动载试验检测结果

本座桥梁检测过程中，对桥梁进行了静载及动载试验，主要情况如下：

图6 箱内斜裂缝分布

2.3.1 静载试验检测结果

（1）挠度测试结果：主梁结构挠度校验系数为0.62～0.79，小于或处于荷载试验方法[2]规定的合理常值范围内，主梁结构刚度良好；（2）应力测试结果：试验表明，主梁结构整体残余应力较小，低于规范[2]要求的20%，结构应变校验系数为0.72～0.92，处于或大于规范中的常值范围，部分校验系数偏大，主梁结构强度储备偏低。

2.3.2 动载试验检测结果

（1）结构自振特性测试结果：试验结果表明结构刚度良好，实测振型与理论计算振型一致；（2）结构动力反应试验：行车冲击系数介于1.05～1.07之间，行车对桥梁结构的冲击作用处于正常范围内。

3 桥梁缺损状况成因分析

（1）第5跨左侧翼缘板混凝土破碎、人行道板及栏杆损坏是由于船体指挥舱顶升造成的。

（2）第5跨左侧翼缘板下缘纵向裂缝是由于船体指挥舱顶升翼缘板时，造成翼缘板下缘局部受拉，产生纵向裂缝。

（3）第4、5跨箱梁腹板的斜向裂缝主要出现于1/4及3/4跨径附近，且呈八字形对称分布，可能是因为桥跨结构竖向预应力松弛、抗剪强度不足造成的，属于结构先天不足引起。

4 结论

通过对船撞事故中桥梁的缺损状况检查、桥梁静载及动载试验检测结果对桥梁的损伤程度进行分析，可以得到：

（1）船只对桥梁撞击所造成的结构损伤在一定程度上降低了桥梁在设计寿命期内的承载能力和耐久性。除了桥梁工程的缺损状况的检查，对于受损较为严重的结构有必要通过试验的方式获得桥梁的整体内部损伤情况。

（2）此次船撞事故，对本桥桥梁上部结构存在一定的结构损伤影响，但对主梁的主要构件受力情况影响程度较小。

（3）由于事故的发生，桥梁的外观缺损。为降低社会影响，建议委托有相关资质的设计单位进行加固设计，对受损的翼缘板和人行道板进行加固处理。

（4）桥梁静载及动载试验能够为探明桥梁是否存在内部损伤提供充分的判断依据。本桥的静载及动载试验结果反应良好，结构未发现内部损伤情况。

[1]蔡敏，张飞帆.船舶撞击桥梁后的结构损伤分析[A].浙江水利水电专科学校学报，2007，（4）.

[2]JTG/T J21-01——2015.公路桥梁荷载试验规程.交通运输部公路科学研究院.2016.