浅析公路简支钢桥的检测验算

赵学新

银川市规划建筑设计研究院有限公司（750001）

随着时间的推移，任何公路桥梁都将成为旧桥，都会因各种原因不同程度地存在缺陷、病害，需要检测、维修、加固和改造。所以，旧桥的检测与维修将是一个永久性的技术课题。实践证明，旧桥的检测、评定与加固是一项既综合繁杂，又在不断发展创新、逐步完善的技术，也是当今国际土木工程界所共同关心的热点问题之一,同时也是桥梁建设可持续发展的一个重要组成部分和关键技术之一。

在旧桥的检测与维修过程中,由于检测工作在其中起指导性的作用，而我国在上世纪八、九十年代所修建的桥梁基本上都进入了检测、加固的时期,在其中有为数不少的钢桥，对于钢桥的检测就显得比较重要。下面以一公路简支钢桥实例来进行相应的说明。

1 桥梁概况

该桥梁全宽9m、净宽8.3m，纵向净跨度约31m。上部结构为钢－混凝土组合结构,主要承力构件由12片组合式钢桁梁并排组装而成,每片钢桁梁又由若干钢框架单元沿纵向焊接而成，单元每个框架单元沿桥纵向长320cm，横向宽50cm，高170cm，主要由上弦杆、下弦杆、各类斜撑和横系杆组成。钢桁梁上设整体现浇钢纤维混凝土桥面板,板厚20 cm,桥面两侧为分段安装的预制混凝土护栏,护栏高135cm。下部结构为浆砌条石轻型桥台,台帽为钢筋混凝土现浇而成。如下图1、图2分别为桥梁断面布置图和立面布置图。

图1 桥梁断面布置图

图2 桥梁立面布置图

2 结构现场检测

1）根据该桥结构特点，确定检测内容为:

①桥面系:桥面铺装、桥头平顺、伸缩缝、排水系统、护拦等。

②上部结构:上弦杆、下弦杆、斜杆、横系杆等。

③下部结构:桥墩(台)、台帽、台身等。

2）本次检测发现:

①整体现浇的钢纤维混凝土桥面板基本完好，未见有明显的结构性开裂或破损。

②钢桁梁结构表面防护普遍脱落,钢体锈蚀较严重，对构件有效承力截面有所削弱。靠近梁端局部因直接暴露于桥台处渗漏的水渍，锈蚀最为严重,部分横系杆件已基本锈断。

③随机抽取了十处主要焊接节点的焊缝进行无损探伤的结果表明:连接上、下弦杆和斜撑的主要节点处焊接质量较好，除一处发现有0.2mm的内部缺陷外，其余焊缝未见有内部缺陷。但横系杆与纵向弦杆之间因为现场焊接，焊缝质量较差，抽查中发现有大于2mm的内部缺陷存在。

3）对主要承力构件以及外观质量不良或有其它严重病害的构件，采用超声回弹综合法检测了混凝土强度。每个部件测试十个测区，测区基本上均匀分布于被测构件。该桥主要受力构件的混凝土强度测试结果如表1所示。该桥的混凝土构件基本完好，未见有明显结构开裂及破损，混凝土构件强度检测推定值如表1所示,为安全起见确定混凝土构件的强度为20MPa。

3 承载能力验算

根据现场检测结果，本次验算选择该桥上部结构主要承力构件—钢桁梁为分析对象,采用有限元结构分析软件进行建模分析。由于缺乏地质钻探、材料试验、基础试验和施工记录等资料和数据,本次不对墩台和基础承载能力进行验算和评估。主要建模参数列举如下:

1）材料参数

因该桥的设计和竣工图纸等资料遗失，无法查证梁板等主要承力构件的设计强度等材料性能指标,结构验算时取桁梁钢筋为Q235型钢。建模时将桥面铺装、砖砌护栏等附属物统一容重为25kN/m3的均布二期荷载来考虑,护栏与铺装不参与结构分析。

表1 超声回弹法砼强度推算值

2）截面参数

因该桥的设计和竣工图纸等资料遗失，无法查证梁板等主要承力构件的截面几何尺寸。本次检算按现场量测结果截面几何尺寸进行建模,模拟时视钢桁架具体的锈蚀情况将其几何尺寸进行相应的折减。

3）采用有限元程序对该桥进行模拟验算，采用梁单元来模拟钢桁梁进行计算。模型如图3所示。

图3 计算模型图

4）荷载参数

结构上下弦杆、斜杆、竖杆等一期恒载按自重方式加入，桥面板及桥面铺装、栏杆等以梁单元均布荷载方式回到上下弦上。考虑到该桥承建于上世纪90年代，其验算活载采用旧规范的汽-20、挂-100，满人荷载采用4.5kN/m3来进行计算。

4 验算结果

1）位移分析结果

经计算分析得:正常使用阶段结构的最大竖向挠度为2.59cm，满足最大竖向位移挠度容许值L/600=3280/600=5.46cm要求。

2）下弦杆应力分析结果

本次验算主要考察结构跨中截面下弦杆在荷载组合Ⅰ〔恒载+汽车〕、组合Ⅲ〔恒载+挂车〕两种组合下，最大轴向应力、最大竖向弯曲应力、最大组合应力是否满足规范要求。

表2 下弦杆容许应力验算结果（单位:MPa）

该桥梁最不利位置位于跨中附近。由表2数据可知，结构在汽车-20、挂-100活载下均满足规范要求。

5 结论与建议

1）验算结果表明:在汽－20、挂－100 及 4.5kN/m3满人荷载作用下，该桥跨中截面的组合应力均大于荷载组合效应，满足规范要求；正常使用极限验算结果表明:在汽－20、挂－100及4.5kN/m3满人荷载作用下，结构刚度验算满足规范要求。

2）由于钢桁梁结构表面防护普遍脱落，钢体锈蚀较严重，建议对钢桁架结构的表面防护进行维修、更换部分严重锈蚀的构件；另外，建议增设桥面排水设施，避免桥面长期积水，以延长钢纤维混凝土桥面板和桥面铺装的使用寿命。

3）为类似的桥梁工程提供参考。

[1]JTJ022－85,公路砖石及混凝土桥涵设计规范[S][2]公路旧桥承载能力鉴定方法[S].试行,1988北京[3]JTJ021－89公路桥涵设计通用规范[S]

[4]孙德军.浅析公路桥梁常见病害及加固措施[J].黑龙江科技信息,2009,11

[5]胡金寿.浅谈公路老桥加固技术与应用[J].公路运输文摘,2003,06

[6]江雪玲,代征军,王祖珍.桥梁加固的结构承载能力验算.第二届华东公路发展研讨会,2007