重载钢桁桥运营能力检定与适应性评价

于晓光　胡晓翔

【摘 要】检定与评估结果表明：桥梁结构工作状况仍处于弹性范围，桥梁实际强度、刚度和承载能力基本上能够满足当前荷载要求，桥梁动力性能较差，整体安全储备不足。

【关键词】钢桁桥；运营能力；检测；静载试验；动载试验；评价

1 概 述

某钢桁桥为一座公铁两用桥梁，大桥全长587.23m。主跨为两孔112m的连续钢桁梁桥。铁路按中-活载设计，公路按汽-20及每跨一辆32吨载重汽车设计，挂-100检算。该桥1980年3月建成并投入使用。于2006年根据实际需要，原有铁路运输停用，拆除了桥上钢轨，在桥面上安装了胶带运输机。该桥自建成以来，基本未进行过检测与维修，为保证桥梁的安全运营，对桥梁进行了全面检定和适应性评价。

2 检测内容及目的

主要检测内容及目的：（1）外观检查。发现桥梁结构病害的发展及详情，评定桥梁结构的技术状况等级。（2）测量桥梁标高，检验桥梁线形变化。（3）调查桥梁的交通状况、流量，以掌握桥梁运营荷载的变化及趋势。（4）动静载试验。了解桥跨结构的实际工作状态，判断其实际承载能力，评价其在设计使用荷载下的工作性能，制定其运用条件[1] 。（5）抗震鉴定。（6）综合分析。对桥梁的技术状况、承载能力等进行评估，为桥梁后期处理提出养护措施和整治意见[1、2]。

3 外观检查结果

为了解桥梁现状，获得与桥梁结构现状相关的关键性数据，发现桥梁各部位存在的病害，在试验前对桥梁结构各主要部件进行了检查及专项无损检测，并对主桥线形等进行测量。检测结果如下：

（1）全桥钢结构涂层劣化评级为二级，应对涂装进行维护；钢结构各构件有不同程度的点锈、油漆剥落等现象，下平联少数构件锈蚀面积较大；东主跨第一根横梁与节点连接位置，靠下游侧腹板上焊脚倒角处，发现一条长约4.5cm的裂纹，穿透钢板。

（2）钢结构涂层厚度大都在200μm以上，涂层厚度满足规范规定的钢梁主体用于气候干燥、腐蝕环境较轻地区最小干膜厚度的要求80μm。

（3）桥面板底板有较多部位露筋、桥面板接缝处出现裂纹，且渗水较严重，部分桥面板接头位置（伸缩缝位置）露筋，且锈蚀严重，排水孔区域有渗水迹象。

（4）铆钉涂膜脱落数量一共为2956个，主要集中在节点部位和上下弦杆腹板上，对铆钉进行了抽样锤击检查，未发现铆钉松动。

（5）主桥梁端伸缩缝里塞满泥土，但钢构件完好，锚固牢固。主桥节间伸缩缝大多数塞满泥土，且钢构件局部有不同程度破损；从桥面板底板节间钢筋锈蚀来看，节间伸缩缝两侧阻水效果不好，有雨水从伸缩缝处沿横桥向泄漏、污染主梁。

（6）栏杆表面轻微锈蚀，人行道板基本完好，但是有2块盖板露筋，同时局部有基础露筋。

（7）主桥中墩支座完好，但支座表面局部油漆脱落，个别锚固螺栓锈蚀，局部混凝土破损。

（8）主桥桥墩墩身有几条相对比较大的裂缝。处于干沟或季节性有水河流环境，裂纹宽度已大于0.4mm。

（9）该桥桥墩身混凝土强度在28.6MPa～41.5MPa之间，桥墩实测碳化深度分别为3.0和2.9mm，主跨桥面板的碳化深度分别为2.5和2.8mm。

（10）主跨桥面板的保护层厚度32mm，其中有一些部位保护层厚度在30mm以内。

4 恒载线形

成桥时的线形形状与本次的测量结果基本一致（图1），但从逐点对比来看，两次测量存在一些偏差，主要原因在于：①本次测量时值上午，本桥受日照先后顺序和光强不同；②测量位置的差异，可能存在较大的偏差，因此仅作定性分析。

5 静载试验

5.1 试验工况

根据钢桁梁的受力特点及通行重型卡车的轴距，本试验主要加载工况分为5个，即跨中截面弦杆最大轴力，主梁最大挠度，中墩附近截面弦杆按最大轴力加载，最大受力斜杆加载和节间纵梁最大弯矩加载。

5.2 试验结果

⑴在试验荷载作用下，主桁主要测试断面的实测应力与计算应力比较吻合，实测应力水平在正常范围之内，结构强度满足设计要求。

⑵在试验荷载作用下，第一跨跨中主桁节点上、下游实测最大挠度测读分别为-14mm、-12mm，计算值为-14.2，校验系数平均值为0.92，桥梁整体刚度基本满足要求，但安全储备偏小。残余变形率均在20%以下，说明结构仍处于弹性工作状况（图2、3）。

⑶在试验荷载作用下，引桥第一（二）跨跨中截面底板最大拉应力实测值为1.58MPa（1.44MPa）；实测应力小于计算值，校验系数在0.35（0.32）～0.53（0.49）之间，主要测点残余应变很小。实测应力水平在正常范围之内，结构强度满足设计要求。

⑷在试验荷载作用下，引桥第一（二）跨跨中上下游实测最大挠度实测值分别为-5mm（-7mm）、-5mm（-7mm），计算值为-8.2mm，校验系数平均值为0.61（0.85），说明引桥整体刚度满足要求。

6 动载试验

6.1 试验工况

动载测试主要分为两部分，第一部分进行脉动试验，测量桥梁结构在环境激振条件下自由振动特性，即自振频率、阻尼、振型等；第二部分进行强迫振动试验（包括跑车试验、跳车试验），测量桥梁结构在试验荷载作用下的动力响应，即振幅和冲击系数。

6.2 试验结果

（1）主桥实测横向一阶振动频率为1.275Hz，主桥竖向一阶振动频率为1.603Hz，实测值大于等于计算值，结构动力刚度较好。引桥第一跨竖向一阶实测频率分别为5.248Hz和5.691Hz，第二跨竖向一阶自振频率为4.65Hz和5.541Hz，实测频率均存在分叉的现象，但基频均大于理论计算值。

（2）桥梁跑车试验时实测竖向最大振幅值为6.209mm，横向最大振幅值为0.742mm，纵向最大振幅为0.956mm。跳车试验时实测竖向最大振幅为3.378mm。桥梁竖向振幅高出限值很多。

（3）桥梁绝大部分冲击系数均超过规范限值，桥梁动力性能较差，对钢结构疲劳影响也非常明显。实际运营过程中应避免过大的冲击作用，以保证桥梁结构安全。

7 承载能力及抗震验算

（1） 按桥梁设计荷载（考虑铁路活载），在承载能力基本组合Ⅰ和基本组合Ⅱ作用下，主桁受拉杆件应力均满足规范要求，但强度安全储备较小。

对于受压杆件，按照压杆稳定进行验算，在承载能力基本组合Ⅰ，主桁弦杆（2#节间上弦杆）和部分斜杆应力不满足规范要求，其余弦杆、竖杆和斜杆满足规范要求。在承载能力基本组合Ⅱ作用下，主桁各受压杆件均满足规范要求。

（2） 按桥梁现有的荷载，由于铁路面已停用（不考虑），在承载能力基本组合Ⅰ和基本组合Ⅱ作用下，主桁杆件受拉、受压应力均小于现行规范规定容许值，结构满足现行规范规定的要求。

（3）在恒载与地震组合Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ作用下，主桁受拉杆件应力均满足规范要求，主桁受压杆件应力均满足规范要求。

结 语

综上所述，桥梁荷载试验工况不能千篇一律，需要把理论和实际充分联系起来，外观检测与试验工况针对性强，抓住每一座桥梁的缺陷和受力特点，才能保证对桥梁检测评估的有效性。这点对运营的旧桥尤为重要，关系到桥梁结构安全和行车安全，是桥梁工程技术人员进行检测评估的关键。

参考文献：

[1]. 于晓光. 国内、外桥梁养护检测规范对比[J].世界桥梁，2012（3）：59-62

[2]. 穆卓辉. 某立交桥运营能力检测及评估[J].桥梁检测与加固，2010（2）：1-4，11.