设计资料缺失的既有桥梁承载力评定技术

向明雯

（官渡区建设工程质量安全监督站，昆明 650000）

1 引言

某项目有2 座简支梁桥，属于市政桥梁，拟在桥上通过重载车辆，需对桥梁承载能力进行评定，为后续决策提供依据。但是，因桥梁建设及管理等特殊原因，未搜集到与桥梁结构相关的设计资料，并且桥梁建造时间不详。如何仅在现场调查的基础上进行试验方案设计并评定出桥梁的实际承载力，是本次评定的主要目的。

2 桥梁概况

经现场调查，本次评定的2 座桥梁均位于同一河流上，为上下游关系。桥梁1 位于上游，为单跨预制混凝土空心板梁桥；桥梁2 位于下游，为单跨现浇混凝土T 形梁桥。

3 评定过程

3.1 技术状况检查

方案设计前，根据CJJ 99—2017《城市桥梁养护技术标准》[1]的相关要求对各桥梁的技术状况进行现场检查，结果显示，桥梁1 和桥梁2 的技术状况等级分别为A 级、D 级。

3.2 方案设计

3.2.1 桥梁1

1）静载实验

考虑其所在道路属于城市道路的支路，且技术状况等级评定结果为A 级，故实验加载方案设计理论计算时，设计荷载等级取城市-B 级，为确保荷载试验的有效性及试验过程安全，计算时控制荷载不计入冲击作用，但试验荷载效率按JTG/T J21-01—2015《公路桥梁荷载试验规程》[2]相关规定，取上限值1.05。试验选用典型的双桥载重自卸汽车作为试验荷载车辆，前后轴距为4 m，后轴轴距为1.4 m，试验前均进行过磅称重。经计算，试验时共采用4 辆车辆进行分级加载，车辆与货物总重取350 kN。

2）动载试验

现场采用地脉动激励方法测试桥梁结构的自振周期和模态，测试时在桥梁1/4 跨、跨中以及3/4 跨的3 个截面上布置振动传感器。阻尼比测试试验采用波形分析法进行，现场采用350 kN 载重车辆以不同的速度驶离桥面后引起桥梁结构余振，得到桥梁结构应力自由振动衰减波形曲线。

3.2.2 桥梁2

1）静载实验

本次试验加载采用车辆荷载控制，并考虑桥梁结构损伤对承载力影响。根据CJJ 11—2011《城市桥梁设计规范》[3]相关规定，城市-B 级车辆荷载的车辆重力标准值为550 kN，故本次试验采用试验车辆的重量=标准值×结构完好状况评级上限分/100，即550×66/100=363 kN，为便于试验，试验车辆与桥梁1 的试验车辆统一。为准确分析桥梁的实际承载能力，试验时，以双桥载重汽车前轮位置作为控制，每前进1 m 持荷并读取该级荷载作用下控制截面的应力和位移值，并与理论值做比较，出现异常情况及时分析原因，必要时终止加载试验。

2）动载试验

结构自振周期和模态的测试方案与桥梁1 相同，阻尼比测试考虑桥梁承载力理论计算结果与试验车辆荷载比较接近，故现场测试根据现场静载试验结果确定是否进行。

3.3 荷载试验

3.3.1 桥梁1

1）静载试验

经试验，桥梁1 在试验荷载作用下的应变值和挠度值如下：试验荷载作用下主要控制截面应变校验系数为0.25～0.63，实测值均未超过设计理论值，应变的变化规律与理论计算结果吻合较好，卸载后残余应变均未超过20%。试验荷载作用下主要控制截面挠度校验系数为0.24～0.75，实测值均未超过设计理论值，挠度的变化规律与理论计算结果吻合较好，卸载后残余应变均未超过20%。

2）动载试验

桥梁1 实测结构1 阶自振频率为8.79 Hz，校验系数为1.41，实测频率高于理论计算频率；实测模态总体平滑，与理论模态基本吻合。自振频率和模态测试结果如图1 所示。

图1 桥梁1 自振频率和模态测试结果图

根据现场测试得到的桥梁自由振动衰减曲线计算，不同激振工况作用下，桥梁1 结构阻尼比为3.10%～6.20%，具体计算结果见表1，现场典型的振动衰减曲线及局部放大图如图2所示。

图2 桥梁1 现场典型振动衰减曲线及局部放大图

表1 桥梁1 各激振工况下阻尼比测试计算结果

采用跑车试验中行车荷载作用下桥梁结构的动应变曲线计算冲击系数为1+μ，不同行车荷载工况下，桥梁1 结构实测冲击系数为1.18～1.43，具体计算结果见表2。现场典型的动应变曲线及局部放大图如图3 所示。

图3 桥梁1 现场典型动应变曲线及局部放大图

表2 桥梁1 各荷载工况下冲击系数测试计算结果

3.3.2 桥梁2

1）静载试验

经试验，桥梁2 在试验荷载作用下的应变值和挠度值如下：试验荷载作用下控制截面应变校验系数为0.53～2.16，其中，1#、3#、4#、6#和7#梁实测应变值超过理论计算值，1#、4#、5#梁卸载后测点残余应变超过20%。试验过程中，4#梁应变值在加载至第6 级时出现突变，当加载第7 级时应变测量过载（即应变值＞20 000 με，超过应变仪量程），说明加载过程中4#梁跨中应变片位置有新裂缝产生。试验结束后，对梁体进行裂缝检查，4#梁体应变片位置确实有裂缝产生，裂缝宽度为0.31 mm，其余位置未发现有新裂缝产生。

试验荷载作用下，控制截面挠度校验系数为0.26～0.58，实测挠度值未超过理论计算值，但2#、7#和8#梁卸载后测点残余挠度超过20%，其余梁相对残余接近20%。试验时，在3#、5#和7#梁跨中裂缝位置跨裂缝粘贴应变片，以了解试验过程中裂缝的变化情况。由测试结果，试验荷载作用下梁体跨中裂缝均存在变宽情况，最大变化值为0.383 mm（根据应变值计算，实际变化应小于该值），卸载后裂缝均能较好恢复。

2）动载试验

桥梁2 实测结构1 阶自振频率为2.93 Hz，校验系数为0.41，实测频率低于于理论计算频率，实测模态与理论模态相差较大，存在畸变。自振频率和模态测试结果如图4 所示。

图4 桥梁1 自振频率和模态测试结果图

4 承载力评定

4.1 桥梁1

根据荷载试验结果，该桥承载力无明显恶化，控制测点应变和挠度校验系数≤0.40，承载能力检算系数Z2取1.30。即承载能力可在方案假定为城市-B 级的基础上提高1.30 倍，即桥梁1 允许通行的车辆限载质量为55×1.3=71.5 t。但考虑桥梁实测冲击系数最大校验系数为1.09，试验方案设计时未考虑冲击系数，故承载能力根据冲击系数测试结果进行修正，即桥梁1 的车辆载质量为71.5/1.09=65.6 t。

4.2 桥梁2

根据荷载试验结果，该桥主要测点应变校验系数存在大于0.8 的情况，挠度校验系数小于0.58；频率校验系数为0.41，实测与理论模态存在畸变；荷载作用下结构存在开裂。综合分析，桥梁2 承载能力受结构损伤和材料老化影响显著，承载力不能满足城市-B 级的假定，亦不能满足考虑桥梁整体技术状况折减后的车辆荷载作用。根据4#、5#、6#、7#梁应变测试结果和3#、5#、7#梁跨裂缝应变监测结果，应变值在荷载加载至第6 级的时候存在明显的突变，故桥梁2 宜取前一级荷载作用下的计算效应作为桥梁承载力依据。根据理论计算结果，第5 级荷载作用下的效应值与最大荷载效应值之比的平均值为0.33。因此，桥梁2 的承载质量为35×0.33=11.5 t。

5 结语

实际工程中，设计资料缺失的桥梁现场情况往往较为复杂，如何准确把握桥梁总体情况，并制订具有针对性的荷载试验方案，是该类桥梁承载力评定结果与实际相符的关键。论文通过同一项目而现场情况差异较大的2 座桥梁的承载力评定，通过技术状况检查、方案设计和承载力评定，较为详细地演示了评定过程，对设计资料缺失的既有桥梁承载力评定进行了有益探索，为进一步的技术探索提供参考。