预应力混凝土桥梁承载力鉴定

推布拉旺堆 许长城

摘要：文章通过对无设计资料施工便桥进行外观检查，荷载试验及结构检算，对桥梁进行综合评定，为桥梁的安全运营提供了保障，解决了无资料预应力混凝土结构承载力鉴定问题，创造了良好的社会效益和经济效益。

关键词：无资料施工便桥；外观检查；荷载试验；结构检算；承载能力鉴定

中图分类号：U448 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）01-0110-03

一、概述

明心桥上部结构纵向布置为3×20.0m预应力混凝土空心板，桥面全宽5.5m，横向布置为：0.5m（护栏）+4.5m（行车道）+0.5m（护栏），每跨横向布置4块空心板。桥梁下部结构桥墩采用双柱式桥墩、桥台采用重力式U型桥台。

本桥原设计使用性质为高速公路施工便桥，高速公路竣工后，为了充分利用施工便桥，发挥其潜在的巨大经济效益及社会效益，节省修建新桥的费用及时间，拟将明心桥继续使用。但该桥的设计图及竣工图难以查询，相关资料缺失，为了桥梁的使用安全，在对该桥进行利用前，有必要对该桥进行了专项检测。

二、专项检测内容

（一）桥梁现状检查内容

因无原桥设计及竣工资料，因此本次现状检查包含以下几个内容：

1．结构各部分尺寸调查和测量。

2．梁体钢筋分布情况检查。

3．梁体混凝土强度检查。

（二）结构检算内容

根据实测桥梁尺寸和混凝土强度，并结合类似结构的细部构造和预应力钢绞线的配置情况，对空心板进行极限承载能力和使用阶段应力检算，判断桥梁在现状下的承载能力。

（三）静荷载试验内容

在结构检算基础上，通过荷载试验进一步明确现状下桥梁承载能力，荷载试验主要包含以下内容：

1．测试受检桥跨控制截面在试验荷载作用下各测点的应变，通过实测值与理论计算值的对比，评价结构的整体强度。

2．测试受检桥跨控制截面在试验荷载作用下各测点的挠度，通过实测值与理论计算值的对比，评价结构的整体刚度。

3．测试受检桥跨控制截面的裂缝变化情况。

三、检测结论

（一）桥梁现状检查结论

本次承载力鉴定前，桥梁管理部门对桥梁进行了病害维护设计：（1）对梁体裂缝进行灌浆封闭，对梁底外露的钢筋进行除锈处理，修补梁底的空洞；（2）在梁底粘贴碳纤维布，并涂抹防护砂浆；（3）更换支座；（4）更换桥面铺装。

通过查阅维护设计资料发现，桥梁维修处治前主要存在以下病害：（1）梁体存在多处破损、空洞、开裂及露筋锈蚀现象，其板内钢筋和钢绞线与梁体混凝土接合状况差；（2）较多支座存在剪切变形、脱空、部分完全脱空等病害；（3）桥墩挡块普遍存在破损开裂现象；（4）桥面铺装纵向开裂，局部坑槽。

（二）梁体钢筋分布情况检查

为了明确梁体配筋情况，采用用博泰克RIS探地雷达进行钢筋分布检测，检查结论如下：

1．沿空心板底板横向扫描。

沿着扫描方向，可见每块空心板在5cm深度共有5根钢筋。

2．沿空心板底板纵向扫描。

沿空心板腹板纵向扫描，可见在空心板端部2.3m范围内箍筋间距为10cm，在2.3m至跨中箍筋间距为20cm。

3．沿空心板腹板纵向扫描。沿空心板腹板纵向扫描，可见在空心板腹板70cm高度范围内共有3根钢筋。

（三）混凝土强度及碳化深度检测

在T梁侧面布置10个混凝土回弹测区。混凝土回弹测区均为20cm×20cm正方形，每个测区测试16个测点，并在每个构件的10个回弹测区中选取3个测区测试混凝土碳化深度，碳化深度为3mm。最终推定混凝土强度为54.2MPa。

四、结构检算

因本桥无设计及竣工资料，桥梁内部结构尺寸及预应力钢筋配置不详，但桥梁原使用性质为高速公路施工便桥，通行荷载较大，因此拟按照公路-II级荷载进行结构检算。

空心板外部结构尺寸、跨径、普通钢筋数量按实测值取用。空心板混凝土强度等级按C40取用。空心板内部结构尺寸和预应力钢筋配置参照20.0m跨径的空心板标准图取用，并假定空心板为全预应力构件。旧桥检算系数Z1取为0.9，未考虑维修处治新增碳纤维的作用。

实测空心板标准跨径20.0m、计算跨径19.2m，全桥共2块中板，2块边板，每块板的宽度为1.2m，高度0.9m，空心板内部构造尺寸是根据实测并参考了类似桥梁结构取得。空心板底面普通钢筋按实测取5ф12钢筋，空心板钢绞线参照1.0m宽20.0m空心板钢绞线配置，本次结构检算钢绞线采取如下图4所示的布置，其中N1采用5Φ15.24（7Φ5），N2采用5Φ15.24（7Φ5）。

（一）结构离散图

因边板横向分布系数较大，本次仅对边板进行检算，空心板计算模型采用平面杆系有限元计算，在计算模型中，空心板共划分22个单元，单元划分如图5所示：

（二）持久状态承载能力极限状态计算

计算结果表明，考虑承载能力折减系数0.9时，在现状下边板跨中截面极限承载能力满足规范要求，抗力/弯矩最小值为1.2。

（三）正常使用极限状态检算

短期组合作用下，边板截面上缘最大正应力为2.90MPa、最小正应力为1.28MPa，下缘最大正应力为4.77MPa、最小正应力为0.37MPa，边板各截面上下缘均未出现拉应力，全截面处于受压状态,斜截面上主拉应力最大值为-0.08MPa，小于《预规》限值。

边板在正常使用极限状态标准值效应组合作用下，截面上缘最大压应力为13.3MPa，下缘最大压应力为8.23MPa，斜截面上主压应力最大值为13.3MPa，边板各截面上下缘正应力及主应力均小于《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）限值。

由检算结果可知，正常使用极限状态下空心板截面正应力和主应力均满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）要求。

（四）检算结论

1．本桥在公路-II级荷载最不利组合下，边板在正常使用的极限状态下，主梁各截面上、下缘正应力及斜截面主应力均满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）的要求。

2．在承载能力的极限状态下，边板主梁各截面的极限承载力大于截面的最大弯矩，边板结构抗力/弯矩最小值为1.2。

五、静载试验

（一）试验截面及测点

根据明心桥的结构特点，共选取1个正弯矩控制截面进行静载试验。

1．挠度测点。由于桥下跨越河流，无法在桥下设立挠度基准点，因此采用在人行道护栏上固定标尺的方法，在正弯矩测试截面上下游护栏上各布置一个挠度测点，用精密水准仪进行观测读数。

2．应变测点。通过在测试截面各片空心板梁的下缘粘贴混凝土应变片，以静态电阻应变仪自动扫描观测混凝土的表面应变。

（二）试验用加载车的确定

以计算分析的内力和变位作为控制值，采用350kN级载重车按照弯矩等效的原则，在其影响线上按最不利位置分级布载。按《试验方法》规定，试验荷载效率满足：0.80<η≤1.05的要求，以此确定最大用车数和车辆加载的纵向位置。

式中各符号含义如下：

η——静载试验效率；

Sstate——静载试验荷载作用下，控制截面内力计算值；

S——控制荷载作用下控制截面最不利内力计算值（不计冲击作用）；

μ——按规范采用的冲击系数。

经计算分析，完成全部试验工况，共需1辆350kN级载重汽车，本次试验实际加载车为1台358.3kN的4轴载重汽车。

（三）静载试验工况及加载效率

六、静载试验结果及评定

（一）应变观测结果

在最大试验荷载作用下，各控制截面应变观测结果列于表2～表3中：

（二）挠度观测结果

在最大试验荷载作用下，各控制截面挠度观测结果列于表4中：

（三）静载试验的结果评定

1．截面应变。从上述试验结果看出，测点实测应变值小于其对应的理论计算值，正载应变校验系数范围为0.41～0.66，偏载应变校验系数范围为0.39～0.64。卸载后相对残余应变均小于20%，表明桥梁的强度满足要求。

2．截面挠度。从上述试验结果看出，测点实测挠度小于对应理论计算值，正载作用下挠度校验系数范围为0.33～0.43，偏载作用下挠度校验系数范围为0.17～0.34。卸载后相对残余变形均小于20%，表明结构处于弹性工作状态，桥梁刚度满足要求。

3．截面裂缝。试验加载过程中，未观察到受检桥跨出现裂缝。

七、综合评估

综合上述各项检查结论，明心桥能够满足公路-II级荷载作用下的正常使用要求，可交付使用。

八、结语

1．明心桥改变使用性质通车至今，运营状况良好，未见原有桥梁病害发展，未见新增病害。

2．采用上述方法对无资料预应力桥梁进行承载能力鉴定，取得了较好的经济效益和社会效益，可供类似桥梁承载力鉴定时进行借鉴。

参考文献

[1] 大跨径混凝土桥梁的试验方法．1982．

[2]公路工程技术标准（JTG B01-2003）[S]．

[3]公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）[S]．

[4]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）[S]．

[5]公路桥涵养护规范（JTG H11-2004）[S]．

[6]重庆交达工程勘察设计有限公司．重庆市北碚明心桥病害维护施工图设计文件，2009.

[7]四川省交通厅公路规划勘察设计研究院道桥试验研究

所．重庆市北碚明心桥检测评估报告[R]．

作者简介：推布拉旺堆（1975-），男（藏族），西藏那曲地区安多人，西藏公路管理局公路工程中心试验室工程师，研究方向：公路桥梁检测及工程管理；许长城（1978-），男，吉林松原人，招商局重庆交通科研设计院有限公司工程师，硕士，研究方向：桥梁检测及加固设计。

（责任编辑：赵秀娟）