设计资料缺失的桥梁承载力确定

孟屯良

(中交通力建设股份有限公司，陕西 西安 710075；长安大学公路学院，陕西 西安 710064)

设计资料缺失的桥梁承载力确定

孟屯良

(中交通力建设股份有限公司，陕西 西安 710075；长安大学公路学院，陕西 西安 710064)

对于设计资料缺失的桥梁，通过结构尺寸及钢筋配置情况初步确定了桥梁的荷载等级，并对截面验算结果与规范限值进行了比较，初步得出了桥梁试验荷载，最后通过静载试验的方法确定了桥梁的实际承载能力，为桥梁维修养护提供可靠依据。

桥梁；承载力；荷载

某桥跨径布置为(5×14)m+(5×14)m+(2×7)m+(3×7)m，桥梁总长为180m，桥面总宽为0.5m(防撞护栏)+7.5m(行车道)+0.5m(防撞护栏)。上部结构14m跨采用钢筋混凝土简支T梁，单幅桥共5片梁，7m跨为整体现浇实心板。由于长期养护欠缺，桥面出现沉降等严重病害，直接影响桥梁正常使用，需要了解该桥的实际承载能力并判断其是否需要加固、维修等。该桥建设于1970年，由于建成年代较久，相关设计、施工资料无法收集。而实现对服役期桥梁结构承载能力评定最有效、最直接的方法就是桥梁荷载试验。为检验该桥的结构性能及服务功能，笔者选用5×14m联进行结构静载试验与评价。

1 荷载试验

1)试验目的 试验目的在于检验桥跨结构在试验荷载作用下的实际受力状态和工作状态，评价结构的力学特性和工作性能，检验结构的承载能力是否能满足设计标准；通过静力试验掌握桥梁控制截面受力特性和实际承载能力，说明工程的安全性和可靠性，为桥梁维修养护提供技术资料[1]。

2)应变、挠度测点布置 根据桥梁结构形式，采用桥梁结构有限元专用分析程序对该桥进行结构静力分析，确定桥梁静载试验控制断面取第3跨L/2处(L为跨径)。①应变测点布置。选择在T梁腹板外侧和钢筋底缘处布置应变测点，沿纵桥向布置于控制断面。每个断面各布置34个应变(应力)测点(不包括温度补偿片)，分别布置于T梁翼缘板下缘、腹板外侧以及钢筋底缘。在每个测试断面位置布置一个温度补偿片，用于抵消温度变化对测试应变(应力)的影响。②挠度测点布置。挠度测点设在T梁底面，采用在桥下搭设测设支架的方法。在测设支架上安装百分表，观测结构竖向变位。测试断面沿顺桥向布置于0.0L、L/4、L/2、3L/4和1.0L截面。除L/2断面布置5个挠度测点(各片梁均布设1个)外，其余各断面均只在2#梁和3#梁底布置2个挠度测点，各挠度测点均位于T梁腹板下缘。

3)试验荷载及加载效率 该桥设计资料缺失，无法获取设计荷载信息。在试验中首先在梁体断面开槽确定其配筋情况，根据截面尺寸及钢筋配置，并结合其他同年代、同等级桥梁设计荷载采用情况，初步假定设计荷载为汽车-15级，挂车-80，然后采用专业软件进行截面强度验算、抗裂验算、内力与位移计算，再将验算结果与规范限值进行对比，确定桥梁实际设计荷载相当于汽车-15级，挂车-80。

为了保证试验的有效性，根据各测试截面的内力与挠度影响线，按最不利位置加载，在保证各测试截面静载试验效率η至少达到0.80以上的条件下，经计算确定静载试验共需用300kN(车重+荷重)载重汽车4辆。

4)试验工况及加载位置 按各测试截面的最不利效应进行布载，共分为2种试验荷载工况：①工况1。纵桥向按L/2截面弯矩、挠度最不利位置布载，横桥向为中载布置；②工况2。纵桥向按L/2截面弯矩、挠度最不利位置布载，横桥向为偏载布置。

2 静载试验

由于桥梁设计荷载信息缺失，加载荷载是根据截面验算结果确定，因此在加载过程中需加强对梁体各个验算截面的观测，判断桥梁对加载荷载的响应。

试验前对每辆车都严格过磅，记录下各辆车的实际总重、轴重和轴间距。然后根据荷载工况进行加载试验：①对各工况的每一次加载，载重汽车加载到位后，关闭发动机并持续5min以上，待数据完全稳定后进行记录采数，卸载5～10min再进行重复加载，以便使结构恢复弹性变形，减小塑性残余变形；②各工况均采用分级加载，横桥向按每排一辆试验车递增加载，每工况按2级加载；③现场试验中各工况保证有2个平行试验，即重复2次试验，并在试验中对重要测点数据与理论值及时进行分析比较。

3 试验结果及分析

1)分析方法 钢筋混凝土受弯构件受力进入第Ⅱ工作阶段的特征是弯曲竖向裂缝已形成并开展，中和轴以下大部分混凝土已退出工作，由钢筋承受拉力，钢筋应力还远小于其屈服强度，受压区混凝土的压应力图形大致是抛物线。而受弯构件的荷载-挠度(跨中)关系曲线是一条接近于直线的曲线。因而，钢筋混凝土受弯构件的第Ⅱ工作阶段又可称为开裂后弹性阶段。因此笔者在计算截面应变和挠度时均采用开裂截面惯性矩，但实际上并非中和轴以下的混凝土均已退出工作，所以截面的实际应变和挠度应介于用开裂截面惯性矩和全截面惯性矩计算的应变和挠度之间[2]。

2)应变与挠度 图1和图2分别是工况1荷载作用下和工况2荷载作用下L/2截面底层钢筋应变理论值与实测值比较图，图3和图4分别是工况1荷载作用下和工况2荷载作用下2#梁纵向挠度理论值与实测值比较图。从图中可知，在相当于设计荷载效应的车辆荷载作用下，L/2截面主要测点应变校验系数在中载下在0.30～0.46之间，平均值为0.38；在偏载下在0.23～0.59之间，平均值为0.43；以上校验系数均在T梁应变校验系数常值范围内，T梁各测点残余应变较小。L/2截面挠度校验系数在中载下在0.23～ 0.31之间，在偏载下在0.17～0.39之间；以上校验系数均在T梁挠度校验系数常值范围内。

图1 工况1荷载作用下L/2截面底层钢筋应变理论值与实测值比较图 图2 工况2荷载作用下L/2截面底层钢筋应变理论值与实测值比较图

3)裂缝 在工况1作用下2#主梁跨中截面腹板发现U型横向贯穿裂缝，个别部位裂缝宽度达到0.25mm；2#主梁距跨中15cm截面腹板发现长度为52mm的裂缝，个别部位裂缝宽度达到0.18mm；2#主梁距跨中25cm截面腹板发现长度为500mm的裂缝，个别部位裂缝宽度达到0.18mm；4#主梁距跨中70cm截面腹板发现长度为700mm的裂缝，个别部位裂缝宽度达到0.15mm。

在工况2作用下2#主梁距跨中15cm截面腹板处的最大裂缝宽度扩展到0.3mm；2#主梁距跨中25cm截面腹板处的最大裂缝宽度扩展到0.25mm；2#主梁距跨中75cm截面腹板发现长度为120mm的裂缝，个别部位裂缝宽度达到0.18mm；4#主梁距跨中70cm截面腹板处的最大裂缝宽度扩展到0.17mm。

图3 工况1荷载作用下2#梁纵向挠度理论值与实测值比较图 图4 工况2荷载作用下2#梁纵向挠度理论值与实测值比较图

各工况试验荷载作用下裂缝宽度发展趋势如图5和图6所示。由图5、图6可看出，在相当于设计荷载效应的车辆荷载作用下，L/2截面裂缝宽度在中载下最大裂缝宽度达到0.25mm，在偏载下最大裂缝宽度达到0.3mm，已超过规范中规定的裂缝最大宽度容许值0.2mm；表明桥梁已不能满足使用阶段要求。通过各工况试验荷载作用下裂缝宽度发展趋势图分析，通过该桥的车辆的最大吨位应限制在25t(车重+货重)以下。

图 5 工况1作用下2#主梁裂缝宽度发展趋势 图6 工况2作用下2#主梁裂缝宽度发展趋势

4 结 语

通过桥梁断面尺寸及钢筋布置情况初步确定设计荷载，然后采用软件验算各个截面荷载响应情况，并与规范限值进行比较确定了设计资料缺失桥梁的设计荷载等级，并在此基础上进行荷载试验，得出了主梁结构在相当于设计荷载的试验荷载作用下不能满足使用阶段要求，应及时进行维护，将过桥车辆总重限制在25t以下，为桥梁运营部门提供了桥梁维修加固以及限载的科学依据。

[1]中华人民共和国行业标准，JTJ023-85 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[2] 中华人民共和国行业标准，公路桥梁承载能力检测评定规程(报批稿) [S].

[编辑] 洪云飞

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.06.049

U446.3;U441

A

1673-1409(2012)06-N151-03