某钢筋混凝土空心板桥承载能力检测与评定陈海威 （腾达建设集团股份有限公司，浙江台州 318000） 摘 要：为了评定一座因重载交通而导致主梁开裂的钢筋混凝土空心板桥的承载力与加固荷载取值，基于材质与状况检测，对该桥进行了承载能力检算和静载荷试验分析，并对新、旧版本《公路桥涵通用设计规范》（JTG D60—2004和JTG D60—2015）产生的荷载效应进行了对比。结果表明：边板抗弯承载力不足，荷载试验的应变校验系数较大，与开裂情况相符；挠度校验系数较小，整体刚度较好；新规范的荷载效应与运营荷载相当。该结果可为同类工程提供借鉴。 关键词：空心板桥；承载能力；荷载试验；荷载效应 0 引 言部分早期建造的中小跨径桥梁，由于采用的设计荷载等级较低以及重型车辆超载严重等原因，产生了较为严重的损伤与病害。对这部分钢筋混凝土桥梁结构进行检算，评定其实际承载力，但为确保其安全运营、延长使用寿命的有效方法［1⁃4］。新颁布的《公路桥涵通用设计规范》（JTG D60—2015）对中小桥梁设计荷载的要求有了大幅提升，这意味着采用旧规范设计的中小桥梁承载力无法满足现行规范要求与运营荷载［5⁃9］。本文利用现场检测、承载能力检算与荷载试验的方法，对某因重载交通而导致主梁开裂的钢筋混凝土空心板桥进行检算分析和承载力状况评定，并提出相应的维修加固建议。 1 工程概况某桥梁建成于2005年，全长29Ʊ4 m，跨径组合为2×10Ʊ0 m，桥面总宽为6Ʊ6 m，上部结构采用普通钢筋混凝土简支空心板，下部结构采用重力式桥台与桩柱式桥墩。支座采用板式橡胶支座，桥面采用水泥混凝土铺装。桥梁的立面与横断面如图1、2所示。  图1 桥梁立面  图2 桥梁横断面 2 材质状况与分项检算系数2．1 材质状况 2．2．1 碳化深度 为了检验混凝土碳化状况，采用在混凝土新鲜断面观察酸碱指示剂反应厚度的检测方法，测试结果为0Ʊ88～0Ʊ90，评定标度为2类。 2．2．2 混凝土强度 设计混凝土等级为C30，实测混凝土强度推定值为40～50 MPa，桥台实测混凝土强度推定值介于29Ʊ5～35．1 MPa之间。混凝土强度评定标度均为1类。 2．2．3 钢筋保护层厚度 对混凝土保护层厚度进行评定，结果见表1。 表1 混凝土保护层厚度评定结果  注：Dne为混凝土保护层厚度特征值；Dnd为保护层厚度设计值。 位置DneDndDne／Dnd评定标度1⁃1＃板32．67 30 1．09 1 1⁃2＃板34．64 30 1．15 1 2⁃2＃板33．15 30 1．11 1 由表1可以看出，各构件的保护层厚度均为1类，钢筋锈蚀影响不显著。 2．2．4 混凝土电阻率 采用四电极阻抗测量法测定混凝土电阻率，测试结果为：边板的混凝土电阻率均小于10 kΩ·cm，为4类，锈蚀速率快；中板为1类，锈蚀速率慢。 2．2 分项检算系数 按照《公路桥梁承载能力评定规程》（JTG／T J21—2011）规定，空心板的承载能力检算系数为1Ʊ1。按照线形内插得到空心板材料恶化系数为0Ʊ035 8。 风化等级为微风化，1类；碳化深度评级为2类；物理化学损伤为1类；截面折减系数为0Ʊ993。 3 承载能力检算3．1 检算模型 利用MIDAS／Civil建立模型（图3），采用梁格法建模，空心板之间铰缝采用虚拟横梁模拟［10⁃12］。  图3 检算模型 根据现场调查，工程车辆总质量约为50 t，最大轴重200 kN，考虑到桥梁的损伤状况，在此选用2辆35 t的汽车荷载进行验算。车型为三轴工程车，前轴重7 t，2个后轴均重14 t，轴间距为3Ʊ85 m＋1Ʊ35 m。 3．2 空心板承载能力检算 3．2．1 承载能力极限状态 根据《公路桥梁能力检测评定规程》（JTG／T J21—2011），承载能力极限状态在考虑检算系数、承载能力恶化系数、截面折减系数和活载修正系数后，需要进行正截面抗弯承载力与斜截面抗剪承载力检算［13⁃17］。正截面抗弯承载力检算结果见表2，斜截面抗剪承载力见表3。 由表2可以看出：边板跨中部分截面抗力小于荷载设计值，正截面抗弯不足；中板满足要求。 由表3可以看出，边板与中板的抗力值均大于荷载值，表明斜截面抗剪承载力满足要求。 表2 正截面抗弯承载力检算  注：Mu为采用抽样值计算的计算抗弯承载力；Mn为采用参数设计值计算的名义抗弯承载力；L为跨长。 检算位置Mu／（kN·m）Mn／（kN·m）支点0 568．3边板L／4 295．7 559．8跨中589．7 559．8支点0 561．6中板L／4 392．3 551．7跨中546．6 551．7 表3 斜截面抗剪承载力检算  注：Vd为斜截面抗剪承载力设计值；Vn为斜截面抗剪数限承截力。 检算位置Vd／kN Vn／kN 0 440．1支点0 440．0 4．60 311．2边板L／4－244．9 311．2 157．5 311．2跨中－81．7 311．2 42．6 406．7支点－79．0 345．2 156．3 287．6中板L／4－26．1 287．6 85．5 287．6跨中－79．8 287．6 3．2．2 正常使用极限状态 正常使用极限状态需要进行应力、抗裂性检算，使用阶段钢筋应力与裂缝宽度检算，结果见表4。 表4 钢筋应力与裂缝宽度检算  检算位置钢筋应力／MPa计算裂缝宽度／mm容许裂缝宽度／mm支点0 0 0．2边板L／4 125．88 0．076 0．2跨中180．90 0．109 0．2支点0 0 0．2中板L／4 121．95 0．073 0．2跨中169．99 0．102 0．2 从表4可以看出，钢筋的最大应力为180．9 MPa，裂缝最大宽度为0．109 mm，两者均小于限值。 4 荷载试验评定4．1 测试断面与测点布置 依据检算结果进行跨中截面的抗弯以及支点截面的抗剪承载力试验，测试断面如图4所示，试验工况见表5。  图4 测试断面 表5 试验工况  控制截面测试项目测试内容A⁃A最大弯矩A⁃A截面各测点应变A⁃A截面各测点挠度B⁃B最大剪力B⁃B截面各测点挠度 在图4中，A⁃A断面为跨中，B⁃B断面为距离支座中心线0．5倍梁高处。 根据试验工况和检测内容，在跨中布置应变和位移测点；由于支点剪力出现在空心板腹板位置，无法测量，在此使用跨中测点来测量剪力工况。测点的横纵向布置如图5所示。  图5 测点纵横向布置 4．2 试验计算分析 采用2辆35 t加载车得到加载效率，如表6所示。 表6 荷载试验加载效率  试验工况测试项目设计值试验值试验效率工况1跨中弯矩／（kN·m）152．30 144．98 0．952工况2支点剪力／kN 105．05 106．35 1．012 由表6可以看出，各观测截面的荷载效率在0Ʊ952～1Ʊ012之间，符合《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG／T J21—2011）中规定的0Ʊ95～1Ʊ05，保证了试验的有效性。 4．3 试验结果分析与评定 （1）应变测试结果。各个荷载等级下应变测试结果见表7。 表7 应变校验系数 测点编号计算值／με实测值／με校验系数1 144 28 0．19 2 146 275 1．89 3 145 215 1．49 4 145 257 1．77 5 144 54 0．38 6 144 143 0．99 7 144 216 1．5 8 144 148 1．03 9 144 190 1．32 由表7测试结果可以看出：应变测试的检验系数在0．19～1．89之间，大于正常的0．60～0．90，与开裂情况相符。 （2）挠度测试结果。各个荷载等级下挠度测试结果见表8。 表8 挠度校验系数 测点编号工况1工况2计算值／mm实测值／mm校验系数计算值／mm实测值／mm校验系数1－4．52－2．82 0．62－1．62－1．28 0．79 2－4．5－3．59 0．8－1．45－1．33 0．92 3－4．48－3．86 0．86－1．30－1．10 0．85 4－4．48－3．92 0．87－1．30－1．00 0．77 5－4．47－3．43 0．77－1．14－1．03 0．9 6－4．46－2．55 0．57－0．98－0．38 0．39 由表8可以看出，挠度的检验系数大多在0Ʊ39～0Ʊ92之间，部分小于规范的0Ʊ70～1Ʊ00，说明桥梁的整体刚度保持较好。 4．4 加固设计的荷载等级选取 对2辆35 t、1辆50 t汽车荷载以及15通规公路⁃I级荷载进行对比，结果见表9。 表9 荷载效应对比 汽车荷载最大弯矩／（kN·m）最大剪力／kN空心板盖梁空心板盖梁两辆35t 215．47－153．57 180．75－201．18一辆50t 193．17－212．57 221．29－264．87 15通规公路⁃I级212．59－222．72 260．35－318．95 由表9可以看出，15通规公路⁃I级荷载产生的剪力和弯矩均较大，除了弯矩比2辆35 t汽车荷载稍小2Ʊ9 kN·m外，其他都为最大，故建议选用15通规公路⁃Ⅰ级荷载进行加固设计。 5 结 语通过材质与状况检测，对该桥进行了承载能力检算和静载荷试验。分析结果表明：边板抗弯承载力不足，荷载试验的应变校验系数较大，与开裂情况相符；挠度校验系数较小，整体刚度较好。通过对新旧规范产生的荷载效应进行对比可知，加固设计应采用15通规的公路⁃I级荷载。 参考文献： ［1］ 马亚丽，王东威，赵 卓．既有预应力混凝土空心板桥承载力的检测与评定［J］．公路交通科技，2008，25（8）：76⁃81． ［2］ 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Reinforced Concrete Hollow⁃core Slab Bridge CHEN Hai⁃wei Abstract：In order to evaluate the bearing capacity and reinforcement load of a reinforced concrete hollow⁃core slab bridge，of which the main beam was cracking under heavy traffic，the bearing capacity calculation and static load test and analysis were carried out based on the material and condition detection．The load effect calculated following the old and new editions of General Specification for Highway Bridge and Culvert（referred to as JTG D60⁃2004 and JTG D60⁃2015 respectively）was compared．The results show that the bearing capacity of the edge plate is insufficient，and the strain check coefficient of the load test is high，which is consistent with the cracking；the deflection check coefficient is low，and the overall stiffness is sufficient；the new specification＇s load effect is comparable to the operational load．The results provide reference for similar projects． Key words：hollow⁃core slab bridge；bearing capacity；load test；load effect 中图分类号：U446．3 文献标志码：B 文章编号：1000⁃033X（2017）08⁃0129⁃04 收稿日期：2017⁃01⁃26 作者简介：陈海威（1976⁃），男，浙江临海人，高级工程师，研究方向为道路与桥梁工程。 |
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