1.中交第一航务工程局有限公司 天津 300201
2.岳阳市公路桥梁基建总公司 湖南岳阳 414000
3.湖南中大检测技术集团有限公司 湖南长沙 410125
摘要：在对城乡结合部公路进行提质改造之前，通过对既有桥梁结构材质状况及状态参数检测，对桥梁结构技术状况作出评定，在此基础上选择薄弱桥跨进行静载试验，测试桥梁结构在提质改造要求荷载作用下的工作性能，同时采用有限元软件对桥梁提高荷载作用等级承载能力进行理论计算分析，综合分析评估既有桥梁是否满足提质改造要求，确保公路提质改造后桥梁运营安全。
关键词：桥梁检测评估；提质改造；技术状况；静载试验
Analytic Application of Bridge Detection and Assessment in Road Upgrade and Reconstruction
Yu Jia 1，Duan Li-wei 2，Wang An-zheng 3
（1.CCCC First Harbor Engineering Company Ltd.，Tianjin 300201，China
2.Yueyang Roads & Bridges Construction Co.Yueyang 414000，China；
3.Hunan Zhongda Testing Technology Co.，Ltd.，Changsha 410125，China；）
Abstract：Before the upgrade and reconstruction of urban-rural fringe road，with detection of existing bridge structure’s material condition，assessment of bridge structure’s technical condition，conducts static load test on weak span to test the performance of bridge structure under the required loads effect of upgrade and reconstruction；theoretically calculates analyzes the carrying capability of upgrading the load effect via finite element software and then assesses whether the bridge meets the requirements of upgrade and reconstruction comprehensively to ensure the safety.
Key words：Bridge Detection and Assessment，Upgrade and Reconstruction，technical condition，Static load test
近年来，随着城镇化的发展，城乡结合部既有公路已不能满足城市经济发展需求，目前各地均对城乡结合部既有公路进行提质改造。根据某城市城乡结合部综合整治总体要求，决定对某既有公路进行提质改造，该公路既有一座跨河大桥，从经济效益考虑尽可能利用既有桥梁结构作为提质改造后半幅道路利用，为确保提质改造后运营安全，在体脂改造之前对桥梁结构是否满足基本要求进行评估。
1 既有桥梁概况
1.1 原设计标准
（1）公路等级：公路二级。
（2）设计荷载：公路-Ⅱ级，人群荷载3.45kN/m2。
（3）桥面宽度：18.5m，分幅如下：2.25m（人行道）+14m（机动车道）+2.25m（人行道）。
1.2 桥梁结构
（1）上部结构
主桥上部结构：单箱双室变截面预应力混凝土连续箱梁，跨度为（32+2×50+32）m；引桥上部结构：预应力空心板梁，跨度为20m。
（2）下部结构
主桥下部结构：双柱式桥墩，墩柱直径220cm；引桥下部结构：双柱式桥墩，直径130cm。
（3）附属结构
桥面铺装：防水混凝土。
支座：主桥盆式橡胶支座，引桥板式橡胶支座。
1.3 提质改造技术标准
（1）公路等级：城市A级。
（2）设计荷载：汽车荷载按城市A级车道荷载计算，人群荷载和非机动车荷载按照《城市桥梁设计规范》取值。
（3）桥面宽度：18.5m，改建后分幅如下：人行道3.25m+非机动车道3m+机动车道11.5m+中央分隔带0.75m。
2 检测评估技术路线
（1）桥梁结构性能检测
要对桥梁进行科学、准确的评估，必须依赖对桥梁整体及各构件进行相关的试验检测。检测的内容包括：外观损伤裂缝检测；与结构材质状况及耐久性相关的检测（包括结构混凝土强度、钢筋锈蚀电位、氯离子含量、钢筋分布及保护层厚度、混凝土碳化深度、混凝土电阻率等）。
（2）桥梁结构技术状况评定
根据《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21）对桥梁结构各构件、部件与桥梁总体的技术状况进行评分，评定依据既有桥梁结构性能检测数据与结果。
（3）根据桥梁结构性能检测结果采用有限元软件对桥梁提高荷载作用等级承载能力进行理论计算分析，设计桥梁承载力检测方案。
（4）桥梁承载力检测
根据技术状况评定结果选择薄弱桥跨进行静荷载试验，分别对桥梁结构控制截面在静载荷载作用下的内力（应力）、变形（位移）及裂纹的观测、记录及分析。
3 桥梁结构性能检测结果
（1）主桥预应力连续梁开裂现象较严重；
（2）主桥预应力连续梁混凝土强度均大于50MPa，引桥8孔空心板梁混凝土强度均大于40Mpa；
（3）钢筋锈蚀电位检测结果表明所检测各桥跨钢筋发生锈蚀的概率低；混凝土氯离子含量诱发钢筋锈蚀的可能性很小，混凝土中钢筋保护层厚度对钢筋耐久性有轻度影响；混凝土碳化对钢筋锈蚀的影响较弱；受检桥梁可能的锈蚀速率很慢。
4 桥梁结构技术状况评定
（1）西引桥（1#跨）、东引桥（6～12#跨）上部结构7×20m空心板技术状况为3类，应描述为：各跨空心板材料有发展缓慢且不影响正常使用的轻度功能性病害。
（2）主桥2#跨、3#跨、4#跨各跨上部结构技术状况为4类，应描述为：各跨箱梁材料有发展较快的中等功能性病害，使用功能降低；5#跨上部结构技术状况为3类，应描述为：箱梁材料有发展缓慢轻度功能性病害尚能维持正常使用。
（3）主桥2～5#跨上部结构技术状况存在的主要问题有：
①2#跨及4#跨底板底有蜂窝麻面与空洞等外观缺陷；
②各跨均存在最大宽度0.1～0.5mm不等的裂纹，大部分裂纹最大宽度超过0.2mm；
③混凝土中钢筋的实测保护层厚度对结构钢筋的耐久性有影响。
5 桥梁提高荷载作用等级承载能力检算
根据桥梁结构性能检测结果，依据提质改造技术标准采用有限元软件建立单梁的有限元模型进行检算，检算结果见表1~2。
表1 主桥验算结果
检算结果显示：在城市A级荷载作用下主桥承载能力极限状态及正常使用极限状态下挠度满足规范要求，部分截面不满足预应力A类构件的抗裂要求，部分截面钢束应力亦不满足规范要求。
表2 引桥验算结果
检算结果表明：在城市A级荷载作用下引桥承载能力极限状态、正常使用极限状态、持久状况应力验算结果均能满足规范要求
6 静载试验
根据桥梁技术状况评定及桥梁提高荷载作用等级承载能力检算结果选择西引桥（1#跨）、主桥2#跨、3#跨进行静载试验。
6.1 控制截面及测试项目
选取1/4L、1/2L及3/4L截面作为控制截面，并依次编号。
测试项目包括：
①加载跨各控制截面处梁底板弯曲正应力（应变）；
②加载跨各控制截面处挠度；
③加载跨裂纹开展情况。
6.2 活载效应计算
本次静载试验采用城-A级汽车荷载根据各控制截面影响线加载，部分控制截面影响线见图1~4，各控制截面最大弯矩计算结果列于表3。
图1 控制截面②单位力弯矩影响线
图2 控制截面⑤单位力弯矩影响线
图3 控制截面⑦单位力弯矩影响线
图4 控制截面⑧单位力弯矩影响线
表3 控制截面活载最不利弯矩列表
6.3 试验加载工况设计
为确保试验安全，降低试验对结构损坏的风险1/2跨控制截面采用分两级施加试验荷载，整个试验过程共分12各工况进行，其中工况2～4、6～8、10～12均为相应控制截面最大弯矩加载；工况1、5、9依次为相应控制截面加载的一次分级。各加载工况荷载试验效率列于表4。
表4 各加载工况荷载试验效率
6.4 试验结果及分析
（1）西引桥（1#跨）1/2截面试验结果及分析
将各片梁应变测试读数差值与与理论值比较，得到表5（应变）所列结果；将同一截面南北两侧挠度读数差值平均后，与理论值比较，得到表6（挠度）所列结果。
表5 工况二应变测试结果分析表（με）
注：1/4截面从北往南依次在1、3、5、7、9、11、13片空心板底布设应变测试点；3/4截面从北往南依次在2、4、6、8、10、12、14片空心板底布设应变测试点；1/2截面各片空心板底均布设应变测试点。
表6 工况二挠度测试结果分析表（mm）
由表中数据可知：
①残余应变小，表示结构弹性好；
②应变校验系数出现大于1的情况，说明空心板梁单板受力现象明显；
③挠度测试结果很小，说明挠度测点所在位置单片梁对整体刚度贡献较小；
④理论值与实测值差异较大，说明结构横向连接效果较差。
（2）主桥2#跨1/2截面最大弯矩加载试验结果及分析
将同一截面南北两侧应变、挠度读数差值平均后，与理论值比较，得到表7（应变）及表8（挠度）所列结果。
表7 工况六应变测试结果分析表（με）
表8 工况六挠度测试结果分析表（mm）
由表中数据可知：
①残余应变较大，表示结构弹性一般；
②控制截面⑤应变校验系数大于1，说明结构实际刚度低；
③理论值与实测值随截面位置变化的情况大致类似，说明结构在静荷载作用下的响应正常，各截面均能正常工作；同时，也说明测试结果基本准确。
（3）主桥3#跨1/2截面最大弯矩加载试验结果及分析
将同一截面南北两侧应变、挠度读数差值平均后，与理论值比较，得到表9（应变）及表10（挠度）所列结果。
表9 工况十应变测试结果分析表（με）
表10 工况十挠度测试结果分析表（mm）
由表中数据可知：
①残余应变较大，表示结构弹性一般；
②控制截面⑦、⑧、⑨挠度校验系数大于1，说明结构实际刚度低；
③理论值与实测值随截面位置变化的情况大致类似，说明结构在静荷载作用下的响应正常，各截面均能正常工作；同时，也说明测试结果基本准确。
7 结论
（1）根据现场检测及理论计算分析评估结果可以判断引桥部分上部装配式后张预应力简支空心板横向联系不足；主桥变截面预应力混凝土连续箱梁刚度不足、抗弯承载能力不足且梁顶、底板出现开裂。
（2）该桥梁结构经过加固后可以满足提质改造要求，建议引起采用加强桥面横向联系的方法加固，主桥综合采用施加体外预应力、增大截面及粘贴纤维复合材料的方法进行加固。
（3）本次检测评估技术路线可以对既有桥梁的状态作出全面的评估，对既有桥梁是否满足提质改造后使用要求作出明确的鉴定，满足既有公路提质改造项目中提高设计深度，确保工程质量及运营安全的要求。
参考文献：
[1]吴建奇，郑晓，张婷婷.桥梁检测中的静载试验研究[J].铁道建筑，2011年02期：42-44.
[2]刘佩佩.静载试验在桥梁检测内力分析中的应用[J].交通运输研究，2013年21期：85-88.
[3]姚响宇，张贤才，雷旺龙.基于静载试验的桥梁检测及安全性评价[J].湖南工程学院学报（自然科学版），2012年01期：81-83.
[4]张西强，陈慧，齐杰慧.新规范下公路混凝土梁桥承载能力评定方法[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2013年02期：194-197.
论文作者:俞佳1,段立伟2,王安正3
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/6/26
标签：截面论文; 桥梁论文; 荷载论文; 结构论文; 挠度论文; 应变论文; 引桥论文; 《基层建设》2019年第11期论文;