重载交通下在役装配式T梁桥承载力评估要点研究

■林张滨

(福建省高速公路达通试验检测有限公司，福州 350004)

1 概述

由于道路交通运输体系建设的不完善，超载车辆一直都是一个危害桥梁长久运营的重大隐患。“早期修建桥梁车辆荷载标准过低”、“新建公路桥梁设计荷载仍然不满足交通荷载增长要求”、“人为因素为了追求利益最大化”是构成重载交通的三个最主要因素[3]。

为了保障公路桥梁运营期结构的安全，对于重载交通下的桥梁安全性要做好准确评估。目前，采用“桥梁缺损状况检查评定”、“桥梁材质状况与状态参数检测评定”、“桥梁结构荷载试验”三大块对结构进行分项检测，并通过桥梁结构检算对重载交通下桥梁安全性能做准确评估。

2 车辆荷载等级划分

我国目前在役桥梁所采用的车辆荷载等级依照的规范是《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)(以下简称《通规》)。《通规》中规定汽车荷载分为公路-Ⅰ级和公路-Ⅱ级，汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成，车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。在桥梁结构整体计算时采用车道荷载，而在桥梁结构局部加载时采用车辆荷载，且车辆和车道荷载的作用不得叠加[1]。

本文所选桥梁结构为福建省高速公路建设常见的装配式预应力混凝土T梁桥，荷载等级为公路-Ⅰ级。公路汽车荷载的加载模式按照《通规》中规定的车道荷载计算方法加载，如图1所示。按照车道荷载的取值规定，可以分为三个步骤：(1)均布荷载标准值取qk=10.5kN/m；(2)集中荷载标准值按一下规定选取：桥梁计算跨径小于或等于5m时，Pk=180kN；桥梁计算跨径等于或大于50m时，Pk=360kN；(3)当桥梁的计算跨径在5m～50m之间时，Pk值采用直线内插法求得。在计算结构的剪力效应时Pk值要乘以1.2的增大系数。车辆荷载的主要技术见表1。车辆荷载的立面、平面尺寸图如图2所示。

图1 公路-Ⅰ级汽车荷载纵向加载模式

表1 车辆荷载的主要技术指标

图2 车辆荷载的立面、平面尺寸图

3 桥梁评估体系及要点

为掌握桥梁的实际运营状态，判断其技术状况与安全状况能否满足重载交通的要求，需要建立重载交通下桥梁评估体系。评估体系建立如图3所示。

图3 桥梁评估体系

该体系的要点主要有：

(1)现场交通量调查

依据现场实际调查的典型代表交通量、大吨位车辆混入率和轴荷载分布情况，根据规范公式确定活载影响修正系数。

(2)桥梁缺损状况检查

根据施工图纸，对该桥现有桥面系、上部结构和下部墩台结构等目所能及的部位进行外观检查。

(3)桥梁材质状况与状态参数检测评定

根据推断，选择行驶路线上缺损状况检查结果较差的梁片开展桥梁材质状况与状态参数检测评定，主要评定参数包括：几何形态参数、材质强度、钢筋锈蚀电位、氯离子含量、电阻率、碳化状况、钢筋保护层厚度、自振频率等。

(4)实桥荷载试验

实桥荷载是根据原设计荷载等级开展试验，主要包括：桥梁静载试验和动载试验检测。其中静载试验根据结构受力特性和缺损状况检查结果，对桥跨结构的受力控制截面进行静载试验，测定试验荷载作用下控制断面的挠度、应变、裂缝变化以及病害影响情况；动载试验通过自振特性试验和无障碍行车试验。通过桥梁静载试验综合评价桥梁的整体刚度、强度情况。

4 评估实例

某大桥位于某国家高速福建境内路段，于2002年建成通车。该路段通车后，客货运输量大，日益增长的交通量给路段管理造成很大的压力。为了缓解通行压力，对该路段进行扩建，先期需要探明现有桥梁结构承载能力。

大桥全长 386.56m，跨径布置为 3×(4×30)m，为预应力混凝土连续T梁结构。30mT梁采用交通部通用图纸结构。设计荷载等级为：汽－超20级，挂－120。根据改造要求，需要对该桥进行承载能力综合评定。

4.1 现场交通量调查

通过调取有关部门的统计资料获得该路段通行车辆数据，计算得到典型代表交通量影响修正系数取1.08、大吨位车辆混入影响系数取1.10，轴荷载分布影响修正系数取1.30，根据规范[2]公式确定活载影响修正系数为1.16。

4.2 桥梁缺损状况检查结果

截止本次检查，大桥通车14年。期间桥面系进行了“白改黑”沥青改造，技术状况为2类。上部结构：主要承重构件未发现横向裂缝，但在支点附近的腹板存在些许斜向裂纹值得关注；一般承重构件在重车道所对应梁片横隔板出现竖向开裂缺损情况，湿接缝存在纵向裂缝流白灰的问题，支座因使用使用年限较久，均出现外鼓、裂纹的现象，部件技术状况评为3类。下部结构完好，未发现明显缺陷，墩柱无沉降现象，部件技术状况评为2。大桥技术状况等级评定为三类。

经分析，T梁支点附近腹板斜向裂缝产生的主要原因：①抗剪承载能力不足；②混凝土收缩徐变引起；③混凝土保护层厚度不足；④车辆荷载作用等。T梁横隔板竖向裂缝，产生的主要原因：①后拼装施工构件，自身连接不牢靠；②车辆荷载反复作用；③混凝土收缩开裂。重载交通对桥梁结构有影响。

4.3 桥梁材质状况与状态参数检测结果

(1)桥梁结构几何形态参数检测：桥梁结构在持久荷载状态下，实测纵向高程与设计高程值较相近，纵向线形平顺，无异常突变情况，跨中截面没有出现下挠迹象；

(2)混凝土强度：大桥T梁混凝土强度评定标度均为1；

(3)钢筋保护层厚度：大桥钢筋保护层厚度评定标度为2，钢筋混凝土保护层厚度对结构钢筋耐久性有轻度影响；

(4)混凝土碳化深度：大桥T梁凝土碳化评定标度取1；

(5)钢筋锈蚀电位：大桥T梁筋锈蚀电位评定标度取2。

4.4 桥梁荷载试验

(1)静载试验

挠度：各测试截面挠度校验系数为0.66～0.96，相对残余挠度最大值为10.5%。应变：各测试截面应变校验系数为0.72～0.96，相对残余应变最大值为11.6%；T梁细部截面应变校验系数为0.73～0.98，相对残余应变最大值为13.9%。测试截面挠度和应变校验系数均小于规范[2]规定的1.00，相对残余应变最大值小于规程规定的20%。工况一应变横桥向分布情况见图4。梁片实测挠度值与理论值同等横向分布，梁片间横向联系好，结构的整体工作性能良好。

图4 工况一沿横桥向的应变曲线图

(2)动载试验

自振特性试验：该桥试验联实测竖向1阶自振频率为4.69Hz，竖向2阶自振频率为5.35Hz，分别大于理论计算值4.14Hz和4.94Hz，阻尼比为1.19%和1.10%，实测振型与理论计算振型基本一致。无障碍行车试验：在行车速度10km/h～40km/h情况下，换算成标准车列后，实测得中跨跨中截面的跑车冲击系数分别为1.07、1.16、1.14和1.24，均小于理论冲击系数1.26。

4.5 桥梁承载能力评定

大桥跨中截面以及支点截面均满足原设计荷载下承载能力检算，但在新规范的交通荷载下，检算结果表明大桥的承载能力无法满足大桥长期使用要求，因此有必要对大桥进行加固提荷设计。

5 结语

(1)在评估重载交通下桥梁的安全性能时，对现场交通量的调查和对桥梁材质状况与状态参数检测评定是两项非常重要的项目。

(2)桥梁承载能力检测中需要注意的是基于原桥的设计荷载等级开展实桥试验，并根据现场实测结果，反馈到模型理论计算模型中，通过对模型的调整检算现有交通荷载通行承载能力要求。

(3)重载交通下桥梁安全评估是一个需要综合考虑所有参数的复杂问题，本文在评估时并没有考虑桥梁的疲劳效应，有待深入研究和探讨。