乐山市沙湾电站临时栈桥检测评价分析

魏 勇

（四川华腾公路试验检测有限责任公司，四川 成都 610000）

0 引言

栈桥为临时施工设施，承担所属工程施工原材料及半成品等装载车辆行驶通行，使用时间长，受夏季洪水影响严重。因此，在栈桥搭设过程中，栈桥的质量控制措施显得十分重要。本文通过现场试验测量，对乐山市沙湾电站临时栈桥进行了承载能力评定，旨在评价该临时栈桥的安全稳定性，同时通过检测、检查及数据处理分析为桥梁的养护和管理提供技术依据。

1 工程概况

乐山市沙湾电站临时栈桥位于沙湾区葫芦镇上游约1.0km处，该桥原跨径组合为：20×20.0m+6×30.0m，均为预应力空心板；桥面布置总宽11.5m，双向横坡为1.5%；为双向两车道通行。该栈桥于2004 年建成并投入使用，至今已有10多年历史。曾在2006年对该桥进行改建，在原栈桥基础上增加1 跨25m 梁。其上部结构采用20m、25m、30m 预应力空心板，每跨横向由7 片空心板组成，空心板按部分预应力混凝土A 类构件设计。其下部结构双柱式墩，其中1#～13#桥墩墩柱直径为1.2m，基础采用两层扩大基础，每层扩大基础高度为1.0m；14#、15#桥墩墩柱直径为1.2m，基础采用桩基础，桩基直径为1.8m；15#～26#桥墩为桩柱式桥墩，墩柱和桩基直径均为1.8m。桥台、桩基采用C25 混凝土，扩大基础采用C15 混凝土，桥墩采用C30 混凝土。桥面铺装水泥混凝土；伸缩缝采用DC-60型伸缩缝，桥面两侧设置钢筋混凝土人行道和金属栏杆。

2 检测内容与方法

根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T21-2011），上部结构分别抽取2片20m和2片30m空心板进行承载能力检算及评定。

3 结构承载能力检测评定

根据原设计文件及改建后的设计文件可知，该桥跨径布置为20×20m+6×30m+1×25m，其中20m 跨径空心板梁高1.1m，采用C40 混凝土；25m 和30m 跨径的空心板梁高均为1.3m，均采用C50 混凝土。由于25m跨径与30m 跨径的空心板的截面参数、材料参数、关键变截面点位置均相同，故25m 跨径的空心板与30m 跨径相比偏于安全，因此本节的上部结构承载能力检测评定仅针对20m和30m跨径的空心板进行。

3.1 荷载横向分布系数

根据设计文件，20m跨径空心板间横向连接设计为企口缝榫槽混凝土连接，因此跨中截面荷载横向分布系数采用“桥梁博士”中“横向分布文件”功能的“刚（铰）接板梁法”计算。支点截面荷载横向分布系数采用“杠杆原理法”计算。

3.2 待评定空心板选取

根据跨中截面的荷载横向分布系数可知，在荷载作用下，边板（1#板、7#板）荷载横向分布系数最大，次边板（2#板、6#板）次之，考虑到边板含有0.5m宽的翼缘板，其抗弯刚度大于次边板，因此，边板与次边板均需要进行承载能力评定。

根据荷载横向分布系数的计算结果，以及外观和实体项目检查结果，按照最不利原则，选取2-6#（20m次边板）、12-7#（20m边板）、24-6#（30m次边板）、26-1#空心板（30m边板）进行承载能力评定。

3.3 有限元模型说明

3.3.1 计算条件

（1）采用有限元软件Midas/Civil2012版分别建立2-6#、12-7#、24-6#、26-1#空心板的有限元模型，进行恒载计算及活载分析；

（2）空心板的几何参数、材料参数以及荷载参数均按设计文件取值；

（3）沙湾电站临时栈桥设计文件指出“计算中桥面铺装仅作为二期恒载未计入截面参与受力”，因此本次验算亦仅将桥面铺装考虑为荷载作用，而不参与结构受力。

3.3.2 单元划分

空心板采用梁单元模拟，2-6#、12-7#空心板离散为22个单元，23个节点，24-6#、26-1#空心板离散为32个单元，33个节点。各空心板的有限元模型见图1所示。

图1 空心板的有限元模型

3.3.3 计算参数说明

（1）几何参数

20m跨径空心板计算长度为19.4m，高为1.1m，12-7#空心板宽1.995m，2-6#空心板宽为1.49m；30m跨径空心板计算长度为29.3m，高为1.3m，26-1#空心板宽1.995m，24-6#空心板宽为1.49m。具体截面尺寸参见设计文件。

（2）材料参数

20m 跨径预制空心板采用C40混凝土，30m 跨径预制空心板采用C50混凝土，预应力钢束采用标准ASTMA:416-90a，270级Φj15.24mm高强低松弛钢绞线，其标准抗拉强度为1860MPa，钢筋参数详见设计文件。

（3）荷载参数

①材料自重均按照设计文件进行取值；

②二期恒载（含桥面铺装、人行道、栏杆等）折合为线荷载加载；

③桥梁设计时采用的荷载等级：按现行有效规范检算采用的荷载等级：公路-I级（含冲击力，冲击系数根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD 60-2015）按结构计算基频，μ20=0.271，μ30=0.165人群荷载3kN/m2。

3.3.4 基于检测结果进行结构承载能力评定

《公路桥梁承载能力检测评定规程》7.1.3 条规定：“配筋混凝土桥梁在计算桥梁结构承载能力极限状态的抗力效应时，应根据桥梁试验检测结果，采用引入承载能力检算系数Z1或Z2、承载能力恶化系数ξe、截面折减系数ξs和ξc的方法进行修正计算。”

计算荷载效应时，应考虑活载影响修正系数ξq。

《公路桥梁承载能力检测评定规程》7.3.1条规定，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：

式中：γ0——结构的重要性系数；γ0为《公路桥涵设计通用规范》（JTGD 60-2015）提出的概念，之前的老规范无此参数，为了统一，在下文进行空心板在承载能力极限状态下的承载能力评定时，无论按照老规范还是新规范评定，γ0均按照《公路桥涵设计通用规范》（JTGD 60-2015）规定取值，对于本桥γ0=1；

S——荷载效应函数；

R（·）——抗力效应函数；

fd——材料强度设计值；

αdc——构件混凝土几何参数值；

αds——构件钢筋几何参数值；

Z1——承载能力检算系数；

ξe——承载能力恶化系数；

ξc——配筋混凝土结构的截面折减系数；

ξs——钢筋的截面折减系数。

3.3.5 分项检算系数

下面以2-6#空心板为例，简要说明各分项系数的确定方法及过程。

（1）承载能力检算系数Z1根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》7.7.1条规定计算。

（2）承载能力恶化系数ξe，根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》7.7.4条规定计算。

（3）混凝土截面折减系数ξc，根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》7.7.5条规定计算。

（4）钢筋截面折减系数ξs，根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》7.7.6条规定计算。

（5）活载影响修正系数ξq，由于缺乏相关交通量信息（桥梁检测期间桥梁封闭），此处将交通量影响修正系数ξq1、大吨位车辆混入影响修正系数ξq2、轴荷载分布影响修正系数ξq3均取为1.00。根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》7.7.7条规定，桥梁的活载影响修正系数为：

其他空心板构件的分项检算系数确定方法及过程与2-6#空心板相似，表1 汇总了各空心板的分项检算系数。

表1 空心板分项检算系数汇总

需要说明的是，《检评规程》7.1.6条规定：“当桥梁结构或构件的承载能力检算系数评定标度D≥3时，应进行正常使用极限状态评定计算。”因2-6#、12-7#、24-6#、26-1#空心板的评定标度D=1，故无需进行正常使用极限状态评定。

3.3.6 承载能力计算结果

考虑上述的分项检算系数，承载能力评定结果归纳于图2～图9，评定结果表明：空心板承载能力满足要求。

图2 2-6#空心板公路-I级作用下最大弯矩图

图3 2-6#空心板正截面承载力验算内力、抗力包络图

图4 12-7#空心板公路-I级作用下最大弯矩图

图5 12-7#空心板正截面承载力验算内力、抗力包络图

图6 24-6#空心板公路-I级作用下最大弯矩图

图7 24-6#空心板正截面承载力验算内力、抗力包络图

图8 26-1#空心板公路-I级作用下最大弯矩图

图9 26-1#空心板正截面承载力验算内力、抗力包络图

在验算结果的基础上，考虑上述的分项检算系数，评定结果表明：空心板承载能力满足要求。

4 结束语

根据桥梁外观病害和结构受力情况，抽取了具有代表性的构件进行承载能力计算。上部结构空心板：2-6#空心板、12-7#空心板、24-6#空心板、26-1#空心板按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ 023-85）验算正截面强度验算、斜截面抗剪强度均满足设计荷载等级（汽车-40级）要求，按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）验算正截面强度验算、斜截面抗剪强度均满足设计荷载等级（公路-Ⅰ级）要求，由此可得出上部结构空心板承载能力满足设计荷载等级要求。