在用老桥承载能力检测评定及限载建议

张 巍 （安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230031）

0 前言

桥梁不可能永久完好，不管使用何种结构型式、采用哪种材料，因设计细部、施工质量、自然环境、交通荷载等因素都会出现退化。根据发达国家使用状况看，混凝土桥梁在使用20～30年后，即会出现安全性、适用性和耐久性方面的问题。安全性和适用性问题笼统地称为承载能力问题，对承载能力进行评定主要采用两种方式实现：一是根据桥梁实体检测判定值以及设计、施工、运营、管养等资料，通过结构检算给出评定结论；二是在检算之后仍不能判定承载能力时通过结构实体载荷试验进行评定。因此从承载能力评定的程序来看，首先应进行检算评定，然后根据检算结果再决定是否实施荷载试验评定。承载能力检算评定是在对结构构件缺损状况、材质状况与状态参数以及实际运营荷载状况等进行检查评估的基础上，按照现行设计、检测规范和分别检算结构或构件在持久状况下承载能力极限状态下的强度、稳定性和正常使用极限状态下的刚度和抗裂性。

1 工程概况

图1 第20跨中梁跨径布置（单位：cm）

该桥共20跨，跨径布置为12×10m（桥面连续）+9.3m（不规则斜板）+（16+20+16）m（斜交铁路线）+9.3m（不规则斜板）+3×10m（桥面连续）。设计标准为一级公路，汽-20级，挂-100级，人群3.5kN/m2。下部结构按净-15设计，近期设计为净-9，远期设计为净-15，于1986年建成通车。后于2000年进行了拓宽改造，在原有预留墩台两侧各增设2片梁，改造标准为净-15.6，荷载等级按原设计不变。该桥上部结构10m、16m、20m 跨采用简支T梁，T梁之间采用湿接缝（拓宽部分）、铰缝（老桥部分）及横隔梁连接。下部结构桥台采用重力式U型桥台，扩大基础。桥墩采用排柱式，桩基础。拓宽部分主梁、横隔梁及湿接缝均采用C30混凝土，桥台加固部分采用C25混凝土，桥面铺装采用80～178mm厚C30混凝土。该桥原设计资料缺失，相关参数不详。

2 承载能力检测评定内容

2.1 对象选取

依据相关规范规定，对于多跨或多孔桥梁，应根据桥梁技术状况检查评定情况选择具有代表性的或最不利的桥跨进行承载能力检测评定。结合该桥结构布置、历次检测报告和现场检查，选取第20跨上部结构（10m简支T梁）为检测评定。

2.2 工作内容

2.2.1 缺损状况检查评定

对上部结构各构件进行仔细的检查，了解其外观和功能的缺损状况，并做详细记录。根据检查结果按相关规范的评分等级、扣分值对其进行评定。

2.2.2 材质状况与状态参数检测评定

桥跨材质状况与状态参数检测评定包括以下指标：结构几何参数、构件材质强度、钢筋保护层厚度、混凝土碳化深度、结构自振频率、钢筋锈蚀电位、混凝土电阻率、氯离子含量。

2.2.3 承载能力检算评定

配筋混凝土桥梁承载能力极限状态，应根据桥梁检测结果按下式进行计算评定：

配筋混凝土桥梁正常使用极限状态，按现行设计、养护规范及检测结果分以下三方面进行计算评定：

3 缺损、材质状况与状态参数检测评定结果

3.1 结构几何参数检测

由于该桥原设计资料缺失，为满足承载能力检算要求，在现有资料的基础上，现场对第20跨中梁的跨径布置和截面尺寸进行测量，具体测量结果如图1、图2所示。

3.2 检测指标评定标度汇总

通过现场检测并根据规范要求对各检测指标的标度进行评定，具体结果如表1。

4 承载能力检算评定结果

图2 第20跨中梁截面尺寸（单位：cm）

计算桥跨结构或构件抗力效应和作用效应，采用引入分项检算系数修正承载能力极限状态和正常使用极限状态计算表达式的方法进行检算评定。

4.1 分项检算系数汇总

根据选定桥跨的缺损状况检查评定结果和材质状况与状态参数检测评定结果确定各分项检算系数如表2所示。

4.2 计算模型的建立

由于该桥部分设计资料缺失，本次结构检算模型的建立，除依据现存的部分设计资料外，还结合现场实测结果对相关参数进行修正，使计算结果尽量与实际情况相吻合。

4.2.1 主要技术指标

①桥梁设计安全等级为一级

②检算作用

结构自重：主梁、横隔板、二期铺装层。

汽车荷载：先采用《城市桥梁设计规范》（CJJ 11-2011）规定的城-A级、城B级和小型车专用道路汽车荷载分别进行计算，确定是否符合当前的使用条件，若不符合再采用原设计规范《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021-89）规定的汽-20级和汽-15级汽车荷载，按现行的荷载组合分别进行计算，以确定桥跨结构现阶段所能承受的荷载水平。

汽车冲击力：根据计算基频按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）取值。

温度梯度：温度梯度按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）计算。

4.2.2 计算原则

本次计算执行《城市桥梁设计规范》（CJJ 11-2011）、《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)、《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021-89）和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362-2018)。

各检测指标评定标度汇总 表1

分项检算系数取值汇总 表2

检算作用指标 表3

4.2.3 有限元模型

选定的第20跨上部结构为装配式正交T梁结构，横向联系构造比较薄弱且接缝处有贯通纵缝并伴有渗水病害，为真实模拟T梁最不利受力状态，本次采用Midas civil 2019建立中梁（单梁）模型进行计算分析，反映空间效应的汽车荷载横向分布系数采用铰接板法和空间梁格法分别计算取最不利值。模型中共25个节点，22个单元，如图3所示。

图3 中梁计算分析模型

4.3 承载能力检算评定

4.3.1 持久状况承载能力极限状态

①正截面抗弯承载力检算

不同汽车荷载作用下正截面抗弯承载力检算结果如表4所示，主梁最不利基本组合弯矩效应值和抗力值如图4所示（图中抗力值只进行了和修正）。

图4 不同汽车荷载下最不利基本组合弯矩效应和抗力包络图

②斜截面抗剪承载力检算

不同汽车荷载作用下斜截面抗剪承载力检算结果如表5所示，主梁最不利基本组合剪力效应值和抗力值如图5所示（图中抗力值只进行了和修正）。

4.3.2 持久状况正常使用极限状态

①裂缝宽度检算

该桥上部结构为普通钢筋混凝土结构，不同汽车荷载作用下裂缝宽度检算结果如表6所示。

②刚度检算

不同汽车荷载作用下挠度检算结果如表7所示。

4.4 承载能力检算评定结论

图5 不同汽车荷载下最不利基本组合剪力效应和抗力包络图

根据以上计算分析可知，该桥选定桥跨上部结构现阶段的承载能力不满足现行行业标准《城市桥梁设计规范》（CJJ 11-2011）城-A级、城B级和原设计标准《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021-89）汽-20级汽车荷载的通行要求，尚能满足现行行业标准小型车专用道路和原设计标准汽-15级汽车荷载的通行要求。

5 限载建议

在用桥梁承载能力检测评定的目的在于确定桥跨结构是否满足当前的使用要求，若不满足还需进一步确定其现阶段所能承受的荷载水平，并在今后运营过程中进行限制使用。其中限载通行是最主要的限制手段，根据评定结果合理的设置限载吨位，既能保障桥跨安全通行又能充分发挥使用价值。

随着在用老桥数量的不断增多，安全事故也时有发生，桥梁限载问题引起了广泛研究，各地主管部门也在开展相关标准的编制工作，但目前只有上海市出台了桥梁限载标准，在日常管理中可以参考使用。《上海城市桥梁限载标准》（SZ-C-E02-2007）中关于不同荷载标准对应的限载吨位值如表8所示。

因此该桥可按15t进行限载使用。

6 结语

①在用桥梁应根据承载能力检测评定结果提出合理的使用限制，其中限载是最主要的手段，包括在桥梁两头设置限载牌、限高架和超限检测系统等。

②在用桥梁承载能力评定包括检算评定和荷载试验评定两种方法，但按照程序，首先应进行的是检算评定，只有当检算之后仍不能判定承载能力时，才采用载荷试验进行评定。因此需要进行荷载试验评定的在用桥梁只是少数，在不了解桥梁实际技术状态和抛开检算的基础上贸然进行荷载试验会存在较大的安全风险。

不同汽车荷载作用下正截面抗弯承载力检算评定结果（单位：kN·m） 表4

不同汽车荷载作用下斜截面抗剪承载力检算评定结果（单位：kN） 表5

不同汽车荷载作用下裂缝宽度检算评定结果（单位：mm） 表6

不同汽车荷载作用下挠度检算评定结果（单位：mm） 表7

不同荷载标准对应的限载值 表8

③在用老桥除了关注承载能力外，还需重视其安全防护能力，全面评估护栏安全风险并科学制定升级改造方案，确保车辆和行人通行安全。

④对于处在交通要道上且承载能力无法满足现行汽车荷载通行要求的老桥，应结合政府建设计划及时进行大修、加固或改扩建。

⑤要达到设计使用年限，正常养护是基本条件之一，而且养护工作贯穿整个寿命周期，科学的养护管理是确保城市桥梁处于正常工作状态和安全运营最切实可行的方法，要摒弃重建设、轻养护的思想。