倾覆桥梁相邻桥跨破坏机理分析

李功文，孙中洋，孟旭，南林，陈春波，白光亮

（招商局重庆公路工程检测中心有限公司，重庆 400067）

1 工程概况

某匝道桥共6 联，其中发生倾覆事故的第5 联为钢箱梁，桥跨布置为37.5 m+50 m+37.5 m，相邻第4 联采用预应力现浇混凝土连续箱梁，上部结构桥跨布置为6×20 m，下部构造为双柱墩，基础为摩擦桩，其中第21#、22#墩桩基长度均为20 m，桩径为1.3 m。为探明第4 联桥梁损伤情况，对其进行外观、专项检测及结构检算。桥梁倾覆后现场照片如图1 所示。

图1 倾覆桥梁现场照片

2 外观及专项检查

第4 联重点关注墩柱编号如图2 所示，现场检测情况如图3 所示。

图2 第4 联重点关注墩柱编号

图3 外观检测情况

第4 联21#、22#、23#墩支座均存在支座串动，21-1#、22-1#支座存在大于5 cm 的滑动痕迹，23-1#支座移动10.0 cm，23-2#支座移动12.5 cm，同时23-1#支座地脚螺栓剪断。

21#、22#墩开挖至桩基顶部约1 m 处，桩基未发现明显病害。

主梁实测中心线与设计中心线最大处相差3.3 cm，主梁未见明显平面变形[1]，23#墩墩顶最大横向偏位为7.6 cm。主梁平面变形及墩柱偏位情况如图4 所示。

图4 第4 联主梁及墩柱偏位示意图

采用非金属超声仪对21#、22#墩进行混凝土无损检测[2]，测试其破损区域横截面上裂缝深度，墩柱破损情况如图5～图6 所示。

图5 21#墩柱裂缝及缺陷分布图

图6 22#墩柱裂缝及缺陷分布图

3 受力机理研究

依据设计、规范等相关文件，结合外观、实体检测，偏位监测等资料，推测第4 联受力过程为：

1）第5 联钢箱梁倾覆过程中通过伸缩缝梳齿板及支座地脚螺栓带动第4 联向右侧移动；

2）倾覆过程中23-1#支座地脚螺栓全部剪切破坏，转换为双向滑动支座；

3）钢箱梁倾覆后侧向支承在23#墩盖梁，导致盖梁右侧被严重压坏，推断23#墩柱开裂主要由于梁体倾覆后造成。

4 结构检算

4.1 计算参数

第4 联23-1#支座地脚螺栓尺寸为φ24 mm×300 mm，4 颗螺栓全部剪断后，梁体与墩柱之间的水平力传播途径被切断，因此，梁体所承受的最大水平力即为螺栓剪切极限承载力，按照Q235 钢材抗剪强度为115 MPa 取值，仅考虑支座螺栓剪断则第4 联混凝土梁体所受水平力为208.1 kN。但综合21#、22#墩柱底部内侧混凝土压溃脱落，该位置产生的压应力大于30 MPa，并考虑地脚螺栓有一定安全储备，第4 联最大水平推力取为700 kN 计算。

根据现场墩柱竖直度测量结果，23#墩盖梁强制位移可能为7.6 cm。根据23#墩盖梁顶面支座与梁底面相对位移检测结果推断其横向位移可能为12.5 cm。因此，计算分别采用7.5 cm和12.5 cm 强制位移分析23#墩柱及其桩基的受损情况[3]。第4联整体结构分析模型如图7 所示。

图7 第4 联整体结构分析模型图

4.2 受力阶段

验算分成2 个受力阶段考虑，第一阶段，700 kN 水平力通过梁体传递至21#、22#墩及其他墩柱的阶段。第二阶段，伸缩缝梳齿板破坏或脱离，支座螺栓剪切断裂，梁体所受水平力释放，钢箱梁倾覆后压在23#墩盖梁上，用强制位移7.5 cm 和12.5 cm 分别分析桩基的受损情况。

4.3 计算结果

21-1#、22-1#（在水平力作用下）、23-1#、23-2#墩柱（在23#墩顶7.5 cm 及12.5 cm 强制位移作用下）承载能力状态计算内力值大于抗力值，表明其承载能力不满足规范要求，墩柱底部计算裂缝宽度范围为0.30～0.91 mm，受拉区外缘钢筋应力均超过屈服应力330 MPa，裂缝宽度及钢筋拉应力值均不满足规范要求，钢筋有屈服破坏风险。

23-1#、23-2#（在23#墩顶7.5 cm 及12.5 cm 强制位移作用下）桩基承载能力状态计算内力值大于抗力值，表明其承载能力不满足规范要求，23#墩盖梁在强制位移12.5 cm 作用下，23-1#桩基、23-2#桩基裂缝宽度超限；受拉区外缘钢筋应力均超过屈服应力330 MPa，裂缝宽度及钢筋拉应力值均不满足规范要求，钢筋有屈服破坏风险。主要墩柱及桩基计算结果如表1 所示。

表1 主要墩柱及桩基计算结果

5 结语

1）本文通过对某倾覆桥梁相邻桥跨外观、专项检测，推定该联桥梁的受力破坏过程，并根据其破坏情况对破坏过程中受力状况进行分析，并将分析结果模拟成2 个受力阶段分别对21#～23#桥墩及基础进行检算。

2）21-1#、22-1#、23-1#、23-2#墩柱承载能力及裂缝宽度验算均不满足规范要求，计算裂缝宽度超限与现场检测情况相符，说明该联受力过程推定与现场情况相符，受力参数取值准确。

3）该桥通过现场检测情况进行受力过程推定，并采用推定结果计算受力参数进行承载力分析的方式为此类事故桥梁检测提供思路，同时为之后的加固处治措施提供依据。