T构桥承载能力评定研究

黄木雄

（中路高科交通检测检验认证有限公司广东分公司，广东 广州 511442）

1 项目概况

1.1 桥梁概况

某高速公路已通车20多年，双向6车道，设计速度为120km/h，设计荷载为汽车-超20级、挂车-120。某大桥位于该高速公路上，大桥全长670m，跨径组成为32.50m+51.25m+3×70.00m+51.25m+10×32.50m，共16跨。大桥上部结构主要为带挂梁的T构，南北行分离，挂梁采用预应力混凝土T梁；下部结构为混凝土桩基础、实体承台（南北行公用）、方柱式桥墩。桥面采用10cm厚40号钢筋混凝土和8cm厚沥青混凝土；两侧采用钢筋混凝土防撞护栏。桥梁立面布置如图1所示。

图1 某大桥立面布置示意图（单位：cm）

1.2 近期桥梁检测情况

2014年大桥定期检测情况：技术状况等级为2类，上部主要结果是悬臂腹板6条竖向裂缝及少量破损露筋，下部主要结果是原维修处现状良好。

2016年大桥定期检测情况：技术状况等级为2类，上部主要结果是T构悬臂横梁侧面少量竖向裂缝及存在多处破损露筋，下部主要结果是个别墩柱存在局部破损、小面积露筋等现象。

2 检测目的

（1）对结构混凝土及内部钢筋状况进行检测，掌握混凝土及钢筋材质状况。

（2）测定桥跨控制截面的应变和挠度，并与理论计算值比较，以检验控制截面实测值是否满足设计要求。

（3）根据结构在桥面无交通荷载以及桥址附近无规则振源的情况下桥梁的振动频率、阻尼比，及在试验动荷载作用下桥跨结构的动力响应，评定结构的动力性能。

3 检测内容及方法

3.1 检测内容

（1）专项检测。为了解掌握既有结构的材质状况，给桥梁承载能力评定、耐久性评定提供依据，对主体结构进行混凝土抗压强度、碳化深度、钢筋保护层厚度、钢筋的半电池电位、混凝土氯离子含量、混凝土电阻率、裂缝、抗拉强度（碳纤维布拉拔试验）、钢对C45混凝土正拉黏结强度（钢板拉拔试验）、混凝土缺陷（表观及内部缺陷）、悬臂端部竖向预应力筋锚头渗水专项检测。结合结构材质检测结果，评价分析构件的耐久性。

（2）荷载试验。通过对典型桥梁结构进行荷载试验以评估桥梁结构实际工作状态、T梁横向传力状态，为桥梁等承载能力的评价及后期管理养护提供依据或参考。

（3）桥梁承载能力评定。根据外观（利用2016年定期检查结果）、专项、荷载试验的结果，建立计算分析模型，分析桥梁的承载能力。

3.2 检验方法

（1）静荷载试验方法。静力试验荷载拟采用重350kN的三轴载重汽车充当，加载标准车参数如图2、表1所示。具体试验方法：①采用精密水准仪测量主梁主要控制截面的竖向位移。②采用在混凝土表面安装应变计测量主梁控制截面混凝土应力（应变），通过计算机采集数据。③在主梁裂缝观测试验加载前，详细检查主梁可能出现裂缝的位置（如跨中附近截面、支点）。如果在加载前结构没有裂缝，则详细检查在试验过程中和试验后有没有因试验加载而出现新裂缝；如果结构在加载前已有典型裂缝，则在裂缝处安装测缝计监测试验过程中裂缝宽度的变化，并在加载后详细检查原裂缝长度有没有发展，同时观测有没有新裂缝产生。

图2 加载标准车参数图

表1 加载车辆技术参数表

（2）动荷载试验方法。为评价结构动力性能，试验包括脉动试验和无障碍行车试验。①脉动试验。第一，动力荷载试验及其方式。为了测定由桥址处风荷载、地脉动和水流等随机荷载激励引起的桥跨结构微幅振动响应，需在桥面无交通荷载及桥址附近无规则振源的情况下，分析振动信号获得动力特性参数，如固有频率和阻尼比。第二，测点布置。主梁振动测点选取各跨的4分点，在桥面上游侧横向布置水平拾振器，在桥面上、下游侧均布置竖向拾振器，测试主桥动力参数。第三，测试仪器。为保证试验的可靠性及精度，测试仪器采用中国地震局工程力学研究所生产的采集仪、拾震器及相关分析软件采集动态测试数据并进行后期分析与处理。②无障碍行车试验。第一，动力试验荷载及其作用方式。根据现场检测条件，在桥面无任何障碍的情况下，试验时采用2辆重350kN的试验车并排横向对称布置，测定桥跨结构分别在30km/h、40km/h、50km/h速度同向对称匀速驶过桥跨结构的车辆荷载作用下的动力反应，检测冲击效应。第二，测记项目及测记方法。采用动态应变仪测试动应变。第三，测点布置。无障碍行车、XX大桥T构顶底板各布设1个动应变测点。

4 承载能力评定

桥梁结构的承载能力包括对结构强度、稳定性和刚度的检算和鉴定。根据相关规程要求，在常规检查及专项检查完成后，根据检查结果，通过检算分析确定桥梁结构承载能力能否满足要求。

评价桥梁的承载能力是在桥梁外观检查和有关检测结果基础上对桥梁实际承载能力作出评定。结合桥梁的特点，在设计规范的基础上，引入桥梁检算系数（Z1或Z2）、承载能力恶化系数（ξe）、截面折减系数（ξc、ξs）和活载影响修正系数（ξq）的方法进行修正，并通过比较判定承载能力状况。

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按《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21—2011），在桥梁结构或构件的检测及荷载试验结果基础上，确定检算系数（Z1或Z2）、承载能力恶化系数（ξe）、截面折减系数（ξc、ξs）和活载影响修正系数（ξq）的合理取值。

（1）确定承载能力恶化系数（ξe）。对于配筋混凝土结构，根据桥梁结构或构件表观缺损状况等的检测评定结果，采用考虑各指标影响权重的综合评定方法，计算评定值Ej，并根据环境条件，取用承载能力恶化系数。根据现场检查，对各检测指标进行评定，如表2所示。根据表2确定恶化状况评定值Ej为1.32，由此确定承载能力恶化系数ξe=0.026。

表2 主梁恶化状况评定表

（2）确定截面折减系数（ξc、ξs）。根据现场检查情况分别对各检测指标给出评定标度值，计算得到构件截面损伤的综合评定值R，如表3所示。根据截面损伤的综合评定值R，得出截面折减系数ξc=0.987。挂梁跨中附近、T构牛腿和T构墩顶预应力混凝土的截面折减系数ξs值的确定：配筋混凝土主梁沿钢筋出现裂缝，宽度小于限值，确定评定标度值为1，钢筋截面折减系数ξs=0.980。

表3 截面损伤状况评定表

（3）确定活载影响修正系数（ξq）。活载修正系数取1.0。

（4）确定检算系数Z2。取用荷载试验实测的主要挠度测点和主要应变（应力）测点的校验系数较大者，按照《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21—2011）第8.3.3条确定桥梁承载能力检算系数Z2代替Z1进行承载能力极限状态评定计算。根据各跨静荷载试验主要结果汇总表，计算得出Z2值，如表4所示。

（5）承载能力极限状态评定计算。桥梁承载能力极限状态，根据检测结果按照式（1）计算。式1中，各参数取值汇总如表5所示。

表4 各个截面Z2取值汇总表

表5 检算系数及评定参数取值汇总表

（6）承载能力评定结果。基于检测结果，评定挂梁跨中、T构牛腿、T构墩顶截面的内力，结果如表6所示。由表6可知：J1、J3截面弯矩最大作用效应均小于结构抗力，满足原设计规范的承载能力要求；J2截面剪力最大作用效应小于结构抗力，满足原设计规范的承载能力要求。

表6 基于检测结果的承载能力评定计算结果

5 结束语

（1）选取上下部结构混凝土强度、碳化深度、T构横向、纵向钢筋保护层厚度、钢筋锈蚀状况、氯离子含量、混凝土电阻率，其检测结果评定标度均为1。

（2）选取的钢板拉拔试验、碳纤维布试验检测区组结果全部合格，桥梁悬臂端部现状良好，未发现存在渗水、泛白、水迹等现象。

（3）该桥总选取了5条典型的裂缝进行检测，检测结果发现裂缝宽度为0.08～0.14mm，缝宽最大（0.14mm）处裂缝深度为22.37mm，混凝土内部密实性基本正常，混凝土表面平整。

（4）静力荷载试验结果。①按照规范计算，J1、J2、J3测试截面在工况1～3试验荷载作用下，测试跨测试截面承载能力满足设计荷载等级要求，应变和挠度校验系数均不大于1.0。但根据规范计算时，J2截面校验系数最大为1.0，说明该截面刚度安全储备不足。②试验前，对试验跨挂梁、T构应变等结构混凝土进行了详细检查，未发现可见裂缝。试验过程中及试验后，测试截面以及附近区域，未发现新增可见裂缝。

（5）动力荷载试验结果。①脉动试验结果：实测频率均大于计算频率。②无障碍行车及制动试验结果：速度超过40km/h时，动力系数实测值略大于计算值，说明桥面铺装质量对行车不利，应注意桥面线形和平整度差对桥梁的不良影响。

（6）承载能力评定结果。基于检测结果的承载能力评定结果，可知结构最大作用效应/结构抗力均小于1，承载能力满足要求。

（7）该桥验算结果相对规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ 023—85）校验系数偏小，建议加强桥梁的挠度、应变的监测，确保桥梁的营运安全。

（8）加强桥梁的检查和养护维修工作。