市政预应力高架桥梁承载能力检测

2021-10-25曾华新

工程技术研究 2021年17期

曾华新

长沙市城市发展集团有限公司，湖南长沙 410000

1 工程概况

为了检验某市预应力高架桥拟增加铺装层后的承载能力是否满足规范要求，依据国家有关规范、标准及业主的要求对某市预应力高架桥进行承载能力检测试验。根据试验结果对该桥现状作出科学客观的评定，为该桥的正常运营、后续的桥面铺装施工和维修工作提供科学依据。桥梁全长90.0m，桥梁断面布置为0.5m（防撞装置）+11.75m（机动车道）+0.5m（防撞装置）+11.75m（机动车道）+0.5m（防撞装置）=25m。上部结构主梁均采用C50混凝土，采用按A类预应力混凝土构件设计的现浇预应力混凝土箱梁。主梁采用单箱四室箱型断面，沿线路中心线设置双向横坡，截面为单箱4室斜腹板截面，斜率为1∶1.22。主梁两侧各悬臂2.85m，标准截面顶板厚0.22m，底板厚0.22m，中腹板标准段厚0.4m，在支点横梁7m范围内渐变至0.8m，边腹板标准段厚0.8m，在支点横梁7m范围内渐变至1.2m，顶板在横梁附近设置规格为2.0m×0.18m的倒角。为了确保横断面尺寸与道路一致，边梁的翼缘长度做相应调整以适应道路曲线。

2 检测目的

（1）通过外观检查检验桥梁的实际工作状况，为桥梁的使用及维修加固提供必要的依据。（2）通过静载试验，测定桥跨结构在试验荷载作用下的控制截面应力和挠度，并与理论计算值比较，以检验结构控制截面应力与挠度值是否与设计要求相符，主要试验测试指标是否符合桥梁试验检测规范规定的要求。（3）通过承载能力验算，核算桥梁的承载能力，为公路改造提供依据。（4）依据有关规范和规定对该桥结构的正常使用性能、结构的强度、刚度、裂缝等各项指标作出全面评价。

3 外观检测

3.1 检测内容

主要结构几何尺寸测量；上部结构构件外观现状检测（裂缝、其他缺陷）；桥墩台、盖梁及台帽外观现状检测；上下部结构构件强度检测（回弹）；支座检测；桥面系构造完好情况检测，包括桥面铺装、伸缩缝、排水设施及交通标志等。

3.2 检测方法

（1）几何尺寸测量。用钢尺和直尺直接量测主要结构物的几何尺寸，对同一结构物的同一侧面测量3～5次，栏杆立柱等小构件采用游标卡尺进行测量。

（2）裂缝检测。先用目测方法观察和查找结构的裂缝分布情况，对裂缝进行详细描绘，用卷尺测量裂缝的长度，并采用裂缝测试仪测量裂缝的宽度。

（3）其他缺陷检测。用目测和尺量方法观察和查找结构是否存在破损、孔洞、露筋和钢筋锈胀等其他缺陷，对这些缺陷进行详细描绘和拍照记录。

（4）支座检测。用目测和尺量方法观察支座是否存在老化、开裂、剪切变形等现象，并详细描绘和拍照记录。

（5）混凝土强度。混凝土强度采用回弹法测定，以线性回弹值反映混凝土表面的硬度，根据测强曲线来推求混凝土的抗压强度。同时并检测其混凝土的碳化深度，以便对强度进行一定的修正。测区位置为随机选定的结构构件，每个测区布置16个测点。如果回弹仪测出的混凝土强度发现异常，则根据实际情况采用其他方法复测，如超声-回弹法测混凝土强度。

（6）其他检测。用目测来检查桥面铺装、伸缩缝、防撞墙、排水设施及交通标志等构造是否完好。

3.3 外观检测结果

（1）主要结构几何尺寸测量结果。用钢尺和直尺等工具对主桥跨长及各构件截面尺寸进行测量，此次量测的主要构件如下。①主梁：在桥面中线和栏杆根部、主梁底部分别量测，取得梁长值，在主梁1/4、1/2和3/4跨位置的底部和左右两侧分别量测，取得主梁断面尺寸。②桥墩：根据现场实际情况，对1#墩进行测试，在各墩身处分别选取3个截面测其周长，然后计算其直径，取三者平均值作为墩身直径。③桥面净宽：在桥梁每一跨的桥面上分别选取3个断面进行宽度测量，取其平均值作为桥面净宽值。④栏杆：在左右两侧分别取5个断面进行栏杆高度和栏杆顶面宽度测量，将其平均值作为栏杆高度和宽度值。⑤横坡：在桥面左右两幅行车道上分别任取5个断面进行量测，将其平均值作为实测横坡值。⑥纵坡：在桥面左右两侧车道上和桥面中心分别任取5点，用舌尺量测顺桥向坡度，将其平均值作为实测纵坡值。上述构件实测数据与设计图偏差值均符合规范要求。同时，还量测了两处伸缩缝位置各细部尺寸，经与原设计对比，吻合良好。

（2）裂缝和其他外观缺陷检测结果。加载前检测人员对桥面铺装、伸缩缝、防撞墙、排水设施及交通标志等构造进行了全面检测，并到桥下对主梁外侧进行了巡视和详细的检测，在两座桥上下部结构均未发现肉眼所见的裂缝，也没有单板受力的现象。检测结果如下：4#台伸缩缝在车道位置混凝土1处裂缝，无支座老化、开裂、剪切变形等其他缺陷；两端桥台及桥墩位置无渗水、漏筋等情况，局部有植物腐蚀现象，栏杆及栏杆基础未见有混凝土开裂现象。

（3）混凝土强度测试结果。该高架桥各构件混凝土强度回弹结果均满足混凝土设计强度要求。

4 静载试验

4.1 有限元建立

根据设计图纸，模拟试验状态对桥梁进行理论计算分析，由桥梁结构静力计算分析确定静力试验荷载控制截面、试验荷载、加载工况、加载位置和测点布置等。理论计算力求与实际情况吻合，并能反映桥梁结构在试验荷载作用下的使用性能和工作状态。此次试验应用Midas Civil对该桥进行了结构分析计算。采用梁格法建立有限元模型，可算得试验梁的跨中最大弯矩，按照城市-A级荷载标准，设置90个单元。

4.2 试验程序

（1）试验人员进场后根据事先确定的应变片安装方案，利用桥检车在梁板跨中截面底确定安装应变片位置，桥检车无法使用的情形可根据实际情况选取操作平台，然后利用AB胶逐个安装应变片，并及时量测应变片的读数。

（2）确定桥梁挠度测点的位置，在挠度测点处设置铟钢尺立尺平台。

（3）将应变测试导线与测试仪器逐一连接、编号、登记。连接安装工作就绪后，对所安装应变片、测试仪器进行检查，有问题及时处理，并对测试仪器进行调试。

（4）按确定的试验工况，在桥面上标出试验车辆具体加载车辆轮位；将加载汽车进行编号，过磅称重，测量轴距、轮距并记录。试验工作一切准备就绪后，可利用1～2辆加载车辆对试验孔作预压，使桥梁处于工作状态，减小试验中非弹性变形对试验数据的影响，并可检验各测点应变片、位移等测试系统是否正常工作，经检验无误后正式进行加载试验。

4.3 静载结果

试验选取对第二跨进行静载试验，加载试验总吨位为1280kN，其跨中最大正弯矩（中载）工况应变和挠度测试结果与计算结果比较如图1、图2所示。

图1 应变测试结果

图2 挠度测试结果

（1）应变测试结果分析。试验荷载作用下，主梁各测点的应变校验系数在0.681～0.859，均小于1，满足规范要求；相对残余应变在0.028～0.083，均小于0.2，说明结构弹性工作性能较好。

（2）挠度测试结果分析。试验荷载作用下，主梁各测点的挠度校验系数为0.641～0.807，均小于1，满足规范要求；相对残余变形为0.093～0.157，均小于0.2，说明结构弹性工作性能较好。最不利荷载工况下最大挠度测试值为10.28mm，考虑荷载长期效应的影响，根据规范计算得试验扰度f试=10.28mm×1.425=14.65mm，远小于规范容许值（33.33mm），满足规范要求。