服役期空心板桥承载力判定及试验方案分析

马学亮 周国伟 刘富昌

摘 要：随着社会经济的快速发展，道路运输荷载越来越重，这对很多原设计荷载较低的老旧桥梁非常不利。对旧桥的承载能力检测是后期进行加固设计的基础，如何对现役旧桥的承载能力进行检测评估，是对桥梁进行病害防治、加固的前提。因此检测旧桥的承载能力必须严格保证精准度。本文采用静载检测技术对某服役20年的空心板桥的承载力及试验进行分析，其结论具有较大的应用意义。

关键词：空心板桥;承载力;检测方案;加载车

中图分类号：U446     文献标识码：A       文章编号：1003-5168（2021）30-0081-03

Abstract： With the rapid development of social economy， the road transportation load is becoming heavier and heavier， which is very unfavorable to many old bridges with low original design load. The bearing capacity test for the old bridge is the basis of reinforcement design in the later stage， and how to test and evaluate the bearing capacity of existing bridges is the premise of disease prevention and reinforcement of bridges. Therefore its accuracy must be strictly guaranteed in the bearing capacity test for the old bridge. Static load detection method is adopted to analyze the bearing capacity and test scheme for a hollow slab bridge in service for 20 years in this paper. The conclusion has great application significance and engineering application prospect.

Keywords： hollow slab bridge; bearing capacity; testing scheme; loading car

我国作为世界基建大国之一，基础设施建设正处在飞速发展的阶段。中小型桥梁作为基础设施的常用结构形式，对促进各地区之间经济发展、扩大经济规模以及加强地方文化交流等起到重要作用。据统计，截至2020年底，我国已建成运行的公路桥梁超过90万座，是世界上桥梁数量最多的国家，其中中小桥梁占比达86.2%。中小桥梁的设计使用年限为100年，随着桥梁运营年限的增加，已有相当一部分桥梁出现不同程度的病害，部分旧桥的设计承载能力已不能满足当前重载交通的要求。这类桥梁的“亚健康”运营状态存在着巨大的安全隐患，近年来频频发生桥梁安全事故，提醒着人们重视桥梁安全问题已刻不容缓[1-4]。对服役期中小桥的承载能力进行检测评估，是对桥梁进行病害防治、加固的前提。本文针对某服役超过20年的空心板桥的承载力检测方案进行分析，得出的结论具有较大的现实意义和工程应用前景。

1 工程概況

本桥位于郑州市管城回族区，服役期超过20年，无设计图纸资料。上部结构为4×8 m钢筋混凝土空心板，下部结构为柱式墩、重力式台（见图1）。桥面布置为0.5 m护栏+4.8 m机动车道+0.5 m护栏。

2 桥梁技术状况评定

根据《城市桥梁养护技术标准》（CJJ 99—2017）的规定[5]，应根据养护等级对桥梁进行技术状况评估。将Ⅰ类城市桥梁完好状态分为2个等级：

①合格级——桥梁结构完好或结构构件有损伤，但不影响桥梁安全，应进行保养、小修。

②不合格级——桥梁结构构件损伤，影响结构安全，应立即修复。

将Ⅱ～Ⅴ类养护的城市桥梁完好状态和桥梁结构状况分为A级、B级、C级、D级和E级共5个等级。

Ⅱ～Ⅴ类养护的城市桥梁技术状况的评估包括：按分层加权法根据定期检测记录，对桥面系、上部结构、下部结构进行评估。以桥梁状况指数BCI确定桥梁技术状况的评估指标，以桥梁结构指数BSI确定桥梁不同组成部位的结构状况。

整个桥梁的技术状况指数BCI、BSI可根据桥面系、上部结构和下部结构的技术状况指数、结构指数，按下式计算：

如表1，根据《城市桥梁养护技术标准》（CJJ 99—2017）4.5.7的规定[4]，计算得出本桥的桥梁状况指数BCI和桥梁结构指数BSI。本桥桥梁状况指数BCI为81.2，即90>BCI≥80，桥梁整体完好状态均评定为B级——保养小修;桥梁结构指数BSI为74.7，即80>BCI≥66，桥梁结构状况评定为C级——针对性小修或局部中修工程。

3 承载力检测方案

经检测，本桥结构状况评估等级为C级，桥梁状态较差，需通过静载试验进一步检测评估。由于本桥图纸缺失，原设计荷载不明，且上部结构损伤较为严重，不能按照现行规范某一等级的荷载进行试验。

首先，按照实测得到的结构几何尺寸、钢筋配置、混凝土强度等参数对桥梁进行检算，并按照技术状况评定结果对检算结果进行修正。计算模型采用梁单元模型，不仅能体现结构特点，而且满足计算需求。根据计算，本桥可承载约80 t载重车。

其次，结合上部结构现状，准备1辆40 t载重车，如图2、图3和表2所示，设定加载工况，根据测试结果逐步加大加载等级。静力分级加载只有在前一级荷载作用时的结构变位相对稳定后，才能施加下一级荷载。某级荷载作用下，结构最大变位测点在最后5 min的变位增量小于前一个5 min变位增量的15%，或小于量测仪器的最小分辨率，即可认为结构变位相对稳定。本桥为钢筋混凝土结构，时间间隔取30 min。

最后，对一辆加载车的测试结果进行分析，若超过设计或规范限制，则立即停止试验，试验结束;若低于规范限制，则加大荷载值，重新进行承载力试验。

4 承载力测试结果分析

在一辆40 t加载车的试验荷载作用下，试验桥跨的挠度及应变结果如表3所示。

由表3可知，在试验荷载作用下，控制截面全部测点挠度校验系数均小于1，但应变校验系数大于1;控制截面的相对残余挠度均小于20%，但01号测点的相对残余应变大于20%，说明虽然该试验桥跨控制截面的竖向刚度满足要求，但是其抗弯强度不满足要求，桥跨结构已处于非弹性工作状态。

由于在1辆40 t加载车的荷载作用下，上部结构已处于非弹性工作状态，根据检测结果，加载试验结束，最终判定本桥的承载力小于40 t，远小于优化模型的计算值。

5 结语

随着时间的推移，桥梁管养问题也逐渐凸显，对当前旧桥检测评估的准确性直接影响到维护管养的效果。本文通过计算—模型优化—阶段性加载—判断分析的加载方案，较为准确地确定了本桥的承载力。本方案不仅提高了检测的准确性，而且避免了结构损伤，保障了桥梁安全。

参考文献：

[1] 田春艳，葛惠娟，郭晗，等.混凝土旧桥检测评估[J].中外公路，2019（6）：126-129.

[2] 刘大鹏，孙建超.某公路旧桥承载能力检测评估研究[J].石家庄铁路职业技术学院学报，2020（2）：13-16.

[3] 毛德均，余文正，許鹏，等.钢板-混凝土组合加固RC梁抗弯承载力计算方法[J].公路交通科技，2021（4）：63-70.

[4] 王磊，陈鹏飞，张旭辉，等.钢筋混凝土公路桥梁承载力评定的中美规范对比分析[J].中外公路，2017（6）：93-98.

[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部.城市桥梁养护技术标准：CJJ 99—2017[S].北京：中国建筑工业出版社，2017.