某下承式钢筋混凝土拱桥的检测评定

梁西建 孙秋彦

摘 要：本文主要采用外观检测、吊杆索力检测和桥梁结构线形检测三种检测手段对某下承式钢筋混凝土拱桥进行检测，并综合检测结果分析得出符合桥梁现状的技术状况评定等级，为桥梁的维修加固提供依据。

关键词：下承式;钢筋混凝土拱桥;外观检测;吊杆索力检测;桥梁结构线形检测

中图分类号：U448.22 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）14-0118-03

Inspection and Evaluation of a Through Reinforced Concrete Arch Bridge

LIANG Xijian1， 2 SUN Qiuyan3

（1.Henan Provincial Communications Planning and Design Research Institute Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450000;2. Henan Jiaoyuan Engineering Testing Technology Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450000;3. Henan Technical College of Construction ，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： Appearance detection， suspender cable force detection and bridge structure alignment detection were used to detect a through reinforced concrete arch bridge. Comprehensive detection and analysis were carried out to obtain the technical status evaluation grade which was in line with the bridge status quo， and provided a basis for bridge maintenance and reinforcement.

Keywords： underpass;reinforced concrete arch bridge;appearance detection;suspender cable force detection;bridge structural alignment detection

下承式钢筋混凝土拱桥是我国早期建造的一种跨越河流、山谷等障碍物的桥梁结构形式。对该类桥梁的现状进行评估主要采用外观检测、吊杆索力检测和桥梁结构线形检测等方式，然后进行综合分析，得出桥梁技术状况评定等级。

1 工程概况

某下承式拱桥为钢筋混凝土结构，该桥拱肋为钢筋混凝土箱型截面，横梁为钢筋混凝土矩形截面。该拱桥净跨170m，矢高35m，拱肋高3.5m，宽1.5m。该桥柔性较大，横向左、右两根吊杆上端锚固于拱肋顶部，下部锚固于横梁底部，桥面板放置于横梁之上。结构传力方式为荷载→桥面板→横梁→拱肋→拱脚→基础。该桥设计荷载：汽车-超20级，挂车-120，人群荷载3.5kN/m2。桥梁桥跨布置如图1所示。

2 检测内容与评定方法

2.1 混凝土构件外观检测[1]

①拱肋、梁（板）底面是否损坏。②混凝土有无裂缝、

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（创新驱动）2019年第14期_103928＼Image＼M{8YY7@TO～`9{（60AK`E551.png>[170m]

图1 桥跨布置示意图

渗水、表面风化、剥落、露筋和钢筋锈蚀，有无碱集料反应引起的整體龟裂现象。③结构的跨中、支点及变截面处混凝土是否开裂缺损和出现钢筋锈蚀。④横向联结构件是否开裂、脱落，有无横移或向外倾斜。⑤墩台有无滑动、倾斜、下沉。⑥混凝土墩台及帽梁有无冻胀、风化、开裂、剥落、露筋等。⑦墩顶顶面是否清洁，伸缩装置处是否漏水。⑧桥面铺装：有无严重裂缝（龟裂、纵横裂缝）、坑槽、波浪，桥头是否发生跳车、裂缝等。⑨防水排水：桥下是否有渗水现象;排水系统是否通畅，排水管是否破坏、损伤、脱落、堵塞。⑩防撞护栏：防撞护栏是否存在损害等，除了交通事故或人为破坏造成的损害外，是否有由于桥梁结构线形改变而导致防撞护栏出现裂缝。⑪伸缩装置：伸缩装置是否有异常变形，有无拉开或挤抵现象，是否有破损、脱落、漏水现象，是否有明显的跳车。⑫标志、标识：桥上交通信号、标志、标线、照明设施是否损坏、老化、失效，桥上避雷装置是否完善。

2.2 吊杆外观检测

①吊杆外观检查，包括吊杆有无浸水锈蚀、导管腐蚀等。②吊杆锚头外观有无锈蚀。根据外观检测情况，选取有代表性的吊杆锚头，打开查看其锈蚀情况。

2.3 吊杆索力检测

2.3.1 索力检测方法。采用随机环境激励的测量方法，采集索在环境激励下的振动信号。当测试系统灵敏度不够时，可采用人工激振。测量时应临时解除索的外置阻尼器。传感器应采用专用夹具或绑带固定在索股上，安装位置宜远离索股锚固端，测量索的面外横向振动。采样频率应大于或等于索股第5阶自振频率的5倍，不低于100Hz。采用自谱分析方法，获取索的多阶自振频率，获取前5～10阶自振频率。按随机信号处理的规定，合理选取分析数据长度、分析带宽、谱线数、重叠率、窗函数及谱平均次数等分析参数，以减少分析误差。根据实测的多阶自振频率中相邻阶的频率差值判断实测自振频率的阶次及漏频情况。当各相邻阶的频率差值近似相等，且和测得的第1阶频率接近时，不存在漏频现象;否则，存在漏频现象。

2.3.2 索力计算方法。可采用基于前几阶实测频率的索力计算方法和基于实测基频的索力计算方法[2]。

2.3.2.1 基于前几阶实测频率的索力計算方法。①根据实测的前几阶自振频率值，按每一阶自振频率计算索力，一般宜取前5阶计算值的均值作为索力实测值;②当索的抗弯刚度可以忽略不计时，按公式（1）计算索力;③当索的抗弯刚度不可忽视，且索两端约束条件可简化为简支时，按公式（2）计算索力。

[T=4ρL2f2nn2]                                    （1）

[T=4ρL2f2nn2-n2π2EIL2]                           （2）

式中：T为索力;[fn]为索的第[n]阶自振频率;[L]为索的计算长度;EI为索的抗弯刚度;[ρ]为索的线密度。

2.3.2.2 基于实测基频的索力计算方法。当通过频谱分析能得到索的自振基频[f1]或虽然不能得到索的自振基频[f1]，但实测前10阶自振频率中相邻阶的频率差值近似相等时，可用频率差值或多个频率差值的均值替代基频[f1]。

2.4 桥梁结构线形检测

桥面线形测点横桥向布置桥面两侧慢车内侧两条测线，纵向布置为沿桥面纵向每条测线共设置13个测点，全桥共计26个水准测点，具体测点位置如图2所示。拱肋线形测点布置在拱背上，每个拱肋有16个测点，全桥共32个测点，测点布置示意图如图3所示。

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（创新驱动）2019年第14期_103928＼Image＼$J63B@2XTY{C9@4QH2Q～5`9.png>[1#][2#][3#][4#][5#][6#][7#][8#][9#][10#][11#][12#][13#][立面示意图][1#-2][2#-2][3#-2][4#-2][5#-2][6#-2][7#-2][8#-2][9#-2][10#-2][11#-2][12#-2][13#-2][13#-1][12#-1][11#-1][10#-1][9#-1][8#-1][7#-1][6#-1][5#-1][4#-1][3#-1][2#-1][1#-1]

图2 桥面线形测点布置示意图

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（创新驱动）2019年第14期_103928＼Image＼UT`{JL$R]N@9A7（GT8_0YOV.png>

图3 拱肋线形测点布置示意图

2.5 桥梁技术状况评定方法

桥梁技术状况评定是依据桥梁检查资料，通过对桥梁各部件技术状况的综合评定，确定桥梁的技术状况等级。根据《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21-2011）[3]对全桥总体技术状况等级进行评定。公路桥梁技术状况评定采用分层综合评定与5类桥梁单项控制指标相结合的方法，先对桥梁各构件进行评定，然后对桥梁各部件进行评定，再对桥面系、上部结构和下部结构分别进行评定，最后进行桥梁总体技术状况的评定。

3 检测结果与评定

3.1 外观检测结果

经过检测，该桥存在的主要病害为主横梁竖向裂缝（见图4），吊杆锚头黄油失效、锚头生锈（见图5），桥面板混凝土破损、钢筋锈蚀，桥面存在铺装坑槽等。拱肋未见明显缺陷。

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（创新驱动）2019年第14期_103928＼Image＼image13_1.jpeg>

图4 主横梁竖向裂缝

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（创新驱动）2019年第14期_103928＼Image＼image14_1.jpeg>

图5 锚头黄油失效、锚头生锈

3.2 吊杆索力检测结果

经检测，吊杆索力实测值为869～1 398kN，如表1所示，而该桥吊杆索力标准值为2 200kN。可见，吊杆索力实测值小于索力标准值。

表1 吊杆索力检测结果

[吊杆编号 左侧吊杆/kN 右侧吊杆/kN 1# 1 301 1 223 2# 1 226 1 296 3# 1 097 1 129 4# 1 136 1 158 5# 1 099 1 005 6# 987 999 7# 995 936 8# 896 869 9# 954 967 10# 902 873 11# 893 915 12# 1 023 978 13# 886 905 14# 935 965 15# 986 1 125 16# 968 957 17# 900 912 18# 932 899 19# 912 938 20# 905 927 21# 869 903 22# 900 889 23# 1 002 1 068 24# 1 125 1 168 25# 1 008 1 127 26# 1 398 1 258 27# 1 287 1 268 28# 1 325 1 274 ]

3.3 桥梁结构线形检测结果

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（创新驱动）2019年第14期_103928＼Image＼P%TC$LSJD5WP}～OK]`M））L7.png>[相对高程（cm）][50

0

-50][1#   2#  3#   4#   5#    6#   7#  8#   9#  10# 11# 12# 13#

][测点][设计值][东侧桥面实测值][西侧桥面实测值]

图6 桥面线形检测结果

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（创新驱动）2019年第14期_103928＼Image＼V6M@B%OQIP2）%BBN%$TK5PB.png>[相对高程（m）][30

20

10

0][0   1   2   3   4    5   6   7   8   9  10  11 12 13 14 15 16 17][测点][设计值][实测值]

图7 左侧拱肋检测结果

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（创新驱动）2019年第14期_103928＼Image＼VNO1{6[`]EU6}PNRTG3E5_H.png>[相对高程（m）][20

10

0][0   1   2   3   4     5   6    7   8   9  10  11 12  13 14  15 16 17][测点][理论值][实测值]

图8 右侧拱肋检测结果

桥面线形测量结果和拱肋线形测量结果如图6至图8所示。由图可知，桥面相对高程实测值与设计值基本吻合，拱肋高程实测值与设计值基本吻合。

3.4 桥梁技术状况评定结果

该桥梁技术状况评分为77.0，在[60，80）范围内，技术状况评定等级为3类。桥梁技术状况评定表如表2所示。

表2 桥梁技术状况评定表

[部位 类别 评价部件 权重 构件得分 分部得分 桥梁技术状况评分 上部结构 1 拱肋 0.39 80 72.4 77.0 2 横向连接系 0.07 40 3 立柱 0.18 100 4 吊杆 0.18 55 5 系杆 - - 6 桥面梁 0.11 51 7 支座 0.07 69 下部结构 8 翼墙、耳墙 - - 88.5 9 锥坡、护坡 0.02 85 10 桥墩 0.49 77.2 11 桥台 0.49 100 12 墩台基础 - - 13 河床 - - 14 调治构造物 - - 桥面系 15 桥面铺装 0.40 55 63.0 16 伸缩缝 0.25 70 17 人行道 0.10 60 18 栏杆 0.10 60 19 排水系统 0.10 65 20 照明、标志 0.05 100 ]

4 结语

①该下承式钢筋混凝土拱桥结构传力简单、明确，但由于该桥梁结构无系杆对横梁的约束和联系，若有一根吊杆或横梁出现问题，就会对桥梁结构和通行安全造成严重影响。因此，需要重点检测该类桥梁的主横梁和吊杆的病害情况，逐根对主横梁和吊杆进行检测。

②桥梁的病害程度、吊杆索力情况、结构线形情况等共同影响该类桥梁结构的安全。

③根据该桥的病害情况，结合吊杆索力和结构线形的情况，将该桥技术状况评定为3类。

通过对桥梁的技术状况进行评定，桥梁管理者对桥梁的运行状况有了一定了解，为橋梁服役及后期维修加固提供了依据。

参考文献：

[1]中华人民共和国交通运输部.公路桥涵养护规范：JTG H11—2004[S].北京：人民交通出版社，2004.

[2]中华人民共和国交通运输部.公路桥梁荷载试验规程：JTG/T J21-01—2015[S].北京：人民交通出版社，2015.

[3]中华人民共和国交通运输部.公路桥梁技术状况评定标准：JTG/T H21—2011[S].北京：人民交通出版社，2011.