預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土舊橋的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與評(píng)估
2015-06-01
隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，交通運(yùn)輸量日益加重，公路橋梁的安全性、可靠性、耐久性、行車(chē)舒適性已引起社會(huì)的普遍關(guān)注，很多資料表明，由于舊橋的經(jīng)久失修，導(dǎo)致交通事故甚至塌橋事故，給社會(huì)發(fā)展及人民生活帶來(lái)了很大的影響。對(duì)于舊橋，尤其對(duì)修建年代比較久遠(yuǎn)的橋梁，更是要定期檢查，通過(guò)資料的積累了解其各部分的破損程度，核定該橋梁結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有實(shí)際承載能力，確定其可靠程度，以便于今后的養(yǎng)護(hù)、維修、加固工作。當(dāng)前一些交通發(fā)達(dá)的國(guó)家，已將橋梁建設(shè)的重點(diǎn)放在了舊橋加固與改造方面。
1 工程概況
本工程的富春江中埠大橋位于距富陽(yáng)城約10公里左右，在富春江上游距現(xiàn)中埠鎮(zhèn)渡口下游約200米處由北南跨富春江。
橋梁結(jié)構(gòu)形式為：主橋上部為62+95+62米三跨單箱單室變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，引橋?yàn)?5米預(yù)應(yīng)力T型梁和16米預(yù)應(yīng)力空心板梁，全橋配跨為（11×16+6×35+62+95+62+2×35）米，橋梁全長(zhǎng)為682.14米。
橋梁設(shè)計(jì)荷載：汽車(chē)—超20，掛車(chē)—120；橋面寬度：雙幅橋，雙幅間距1m，單幅設(shè)置為：0.5m（防撞護(hù)欄）+10.75m（行車(chē)道）+0.5m（防撞欄桿）。橋面縱坡：1.5%，橫坡：2%；通航標(biāo)準(zhǔn)：按四級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)，最高通航水位：7.62m；接線：按平原微丘一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。
2 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板
2.1 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板主要病害。全橋預(yù)應(yīng)力混凝土空心板（共11跨429塊）共發(fā)現(xiàn)3塊板出現(xiàn)3條縱向裂縫，裂縫寬度均較小。板底露筋4處，鋼板外露1處，并有多處通長(zhǎng)泛白現(xiàn)象。
2.2 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板底縱向裂縫原因分析。據(jù)調(diào)查，全國(guó)不同省份的許多預(yù)應(yīng)力混凝土空心板底面均不同程度的出現(xiàn)縱向裂縫，是較為普遍的現(xiàn)象。分析其原因，主要有構(gòu)造原因、施工原因、縱向預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的橫向應(yīng)變等。
預(yù)應(yīng)力混凝土空心板腹板相對(duì)較厚，底板、頂板較薄，對(duì)空心板梁的整體承載能力影響不大，但會(huì)降低底板的抗裂能力。
在施工過(guò)程中預(yù)應(yīng)力筋放張時(shí)，給混凝土施加了強(qiáng)大的預(yù)壓力，底板在橫向產(chǎn)生橫向拉應(yīng)變。這個(gè)應(yīng)變?cè)谠O(shè)計(jì)計(jì)算中通常難以考慮，但這是產(chǎn)生縱向裂縫的一個(gè)重要因素。底板混凝土不均勻也加劇了底板縱向裂縫的發(fā)展。
由于空心板為封閉箱形截面，混凝土結(jié)硬時(shí)水化熱產(chǎn)生的溫差、在后期的使用中因環(huán)境溫度產(chǎn)生的內(nèi)外溫差也會(huì)在混凝土表面產(chǎn)生橫向應(yīng)力。
另外，由于空心板底面鋼筋混凝土保護(hù)層偏薄也降低了底板的抗裂性能。支座出現(xiàn)過(guò)大的剪切變形、移位、脫空等病害也對(duì)空心板底板的受力產(chǎn)生了不利影響?；钶d作用，特別是超載車(chē)輛影響也是引起空心板底板開(kāi)裂重要原因。
以上多種因素疊加后，在板底會(huì)產(chǎn)生較大的橫向拉應(yīng)變和應(yīng)力，造成底板開(kāi)裂。
2.3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁
2.3.1 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁主要病害。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁外側(cè)底板發(fā)現(xiàn)168條縱向裂縫和4條橫向裂縫，裂縫寬度大都小于0.1mm。內(nèi)側(cè)頂板發(fā)現(xiàn)455條縱向裂縫和13條橫向裂縫，裂縫寬度大都小于0.1mm。外側(cè)腹板發(fā)現(xiàn)6條豎向裂縫，裂縫寬度大都小于0.1mm。內(nèi)側(cè)腹板發(fā)現(xiàn)467條縱向裂縫和5條豎向裂縫，裂縫寬度大都小于0.1mm。
2.3.2 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁病害原因分析：①箱梁底板由于施加預(yù)應(yīng)力而產(chǎn)生徑向力，若底板橫向配筋不足，底板橫向跨中下緣及兩側(cè)底板加腋處出現(xiàn)縱向裂縫。②箱梁腹板中部的豎向裂縫，與混凝土收縮徐變、箱梁內(nèi)外溫差、腹板水平筋布置偏少、腹板較薄、混凝土混合料質(zhì)量等因素有關(guān)。③箱梁腹板上的水平裂縫主要由箱梁橫向彎曲空間效應(yīng)與內(nèi)外溫差應(yīng)力造成腹板內(nèi)側(cè)或外側(cè)產(chǎn)生較大的豎向應(yīng)力、箱梁橫向剛度、畸變應(yīng)力等影響因素引起。④頂板較薄，大量的縱向預(yù)應(yīng)力孔道削弱了頂板的有效面積，雖然在施工過(guò)程中采用了抽真空壓漿，但也很難做到壓漿完全飽滿(mǎn)。即使壓漿很飽滿(mǎn)，其抗拉強(qiáng)度也無(wú)法和梁體本身所要求的混凝土相比，因此，較薄的頂板上布置的大量的預(yù)應(yīng)力孔道嚴(yán)重削弱了頂板有效面積，這也是造成頂板容易出現(xiàn)縱向裂縫的主要原因之一。⑤預(yù)應(yīng)力孔道在混凝土澆筑過(guò)程中易變形，孔道存在彎曲，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力沿孔道方向形成上下或左右的徑向分力，形成沿底板混凝土下表面的縱向裂縫。⑥現(xiàn)場(chǎng)振搗混凝土?xí)r，振搗不當(dāng)，漏振，過(guò)振或振搗棒抽拔過(guò)快，均會(huì)影響混凝土的密實(shí)性和均勻性，誘導(dǎo)裂縫的產(chǎn)生；高空澆注混凝土，風(fēng)速過(guò)大，烈日暴曬，混凝土收縮值大，現(xiàn)場(chǎng)氣溫太低，水化熱造成混凝土內(nèi)部與表面溫差過(guò)大，導(dǎo)致混凝土表面開(kāi)裂，現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)措施不到位，灑水不及時(shí)，混凝土早期脫水，引起收縮裂縫。⑦橋梁在超重車(chē)軸荷載的作用下，產(chǎn)生很大的橫向彎矩，很容易在頂板下緣出現(xiàn)縱向裂縫。
3 橋梁結(jié)構(gòu)檢算
3.1 有限元分析根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，運(yùn)用ANSYS程序， 選取選擇主橋桐廬側(cè)邊跨跨中截面、中跨支點(diǎn)附近、中跨L/4截面、中跨跨中截面某跨全寬橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)。動(dòng)力計(jì)算主要為自振頻率，靜力計(jì)算為各加載工況下各片梁的位移及撓度曲線圖。
3.2 本次試驗(yàn)的靜力荷載試驗(yàn)效率介于0.96～1.05，試驗(yàn)荷載在結(jié)構(gòu)控制截面產(chǎn)生的最大內(nèi)力效應(yīng)和變位效應(yīng)，能夠反映理論計(jì)算活載作用下同一截面最不利內(nèi)力效應(yīng)和變位效應(yīng)，滿(mǎn)足《公路舊橋承載能力鑒定方法》的有關(guān)要求。
3.3 在各工況試驗(yàn)荷載滿(mǎn)載時(shí)，應(yīng)變、撓度校驗(yàn)系數(shù)基本滿(mǎn)足鑒定方法常值范疇表明本橋?qū)嶋H承載能力能夠滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)荷載等級(jí)要求。
3.4 各工況試驗(yàn)測(cè)試相對(duì)殘余應(yīng)變滿(mǎn)足鑒定方法中不大于20%的規(guī)定。
3.5 用各測(cè)點(diǎn)的拾振器記錄得到結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)曲線，經(jīng)數(shù)據(jù)分析處理后，該橋?qū)崪y(cè)自振頻率均大于理論值，表明橋梁剛度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
4 檢測(cè)結(jié)論與建議
預(yù)應(yīng)力砼T形梁、預(yù)應(yīng)力砼小箱梁和預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況綜合評(píng)定Dr=59.2，全橋評(píng)為三類(lèi)橋。預(yù)應(yīng)力砼T形梁、預(yù)應(yīng)力砼小箱梁和預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)的等上部主要承重結(jié)構(gòu)病害已經(jīng)影響了橋梁的正常使用功能，且有繼續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。三類(lèi)橋梁需進(jìn)行中修，及時(shí)進(jìn)行交通管制，如限載、限速通過(guò)等。按此規(guī)定，本橋的養(yǎng)護(hù)對(duì)策為對(duì)預(yù)應(yīng)力砼空心板、預(yù)應(yīng)力砼小箱梁和預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁橋采取中修。
橋梁檢測(cè)是橋梁病害與分析的重要手段，本文通過(guò)中埠大橋檢測(cè)與評(píng)估的實(shí)踐過(guò)程，使我們對(duì)橋梁檢測(cè)與評(píng)估的重要性有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，為加固措施的選用提供了依據(jù)。隨著我國(guó)交通業(yè)的蓬勃發(fā)展，新建橋梁增加的同時(shí)，原有橋梁也在不斷老化。如何做好舊橋的檢測(cè)與評(píng)估，發(fā)揮舊橋的余熱和潛能，是一個(gè)值得我們不斷研究和探索的課題。
