徐郁峰郭奋涛
广东顺德汇涛工程检测技术有限公司顺德528303
摘要:优河桥是一座无法找到设计及竣工资料的4跨简支桥，现场实测各跨桥长均为16米，桥面宽度8米，主梁为现浇T梁，桥头铭牌显示该桥修建于1993年。由于工程建设的需要，该桥计划需要承担包括泥头车、平板车等在内的重车的交通运输压力。但该桥已使用近20年时间，期间基本没有进行相关检测，因此该桥目前的安全状况尚不明确，需要通过安全评估来确定。本文以额外交通运输压力下的旧桥安全评估为背景，首先从理论上计算判断通行的可行性，然后从试验上对其通行能力进行验证，并给出了评估结果。本文的评估方法可为同类型项目提供有益的参考。
关键字:旧桥交通运输压力安全评估
1引言
1.1工程背景
优河桥是一座无法找到设计及竣工资料的4跨简支桥，现场实测各跨桥长均为16米，桥面宽度8米，主梁为现浇T梁，桥头铭牌显示该桥修建于1993年。该桥的立面简图如图1所示。桥梁断面如图2所示。
图2优河桥断面图（单位：cm）
1.2试验目的
优河桥是一座无法找到设计及竣工资料的4跨简支桥。由于工程建设的需要，未来一段时间，该桥计划需要承担重量较大车辆带来的交通运输压力。但是该桥在其使用期间并没有进行相关检测，目前的安全状况尚不明确。因此，需要准确地对该桥在拟定的通行荷载标准下的结构安全性进行评估。
1.3载物车辆通行需求
该桥拟通行工况为：（1）100吨平板车靠边正常速度独立通行。（2）100吨平板车沿中线正常速度独立通行。（3）40吨满载物料车靠边正常速度通行、15吨空载物料车正常速度回程相遇。
1.4安全评估内容及流程
对该桥在拟定的通行荷载标准下的结构安全评估按以下流程：（1）理论分析：通过理论分析初步判断通行可行性。（2）常规检查及混凝土强度检测：通过对主体结构进行外观检查，初步判断各部件功能是否完善有效；通过混凝土强度检测了解其混凝土性能。（3）静动载试验：在使用荷载作用下的工作状态是否处于弹性工作范围，然后对其结构性能及实际承载能力做出评估，以评定该桥能否满足正常使用。
2理论分析
2.1理论分析思路
（1）经过现场调查该桥的建造信息，地理位置及路线情况，该桥原设计荷载标准为《89桥规》中的“汽-20、挂-100”荷载等级。计算各片小梁在原设计荷载标准（汽-20、挂-100）下的最不利弯矩值。
（2）计算各片小梁在拟定的载物车通行工况下的最不利活载弯矩值，并分析其与原设计最不利弯矩值的关系，在理论上确定在拟定的载物车通行时该桥是否安全。
（3）采用等效弯矩的方法计算出试验荷载的大小及具体加载位置，确定试验方案，计算出各片小梁在试验荷载下的理论应变及挠度值。
2.2荷载标准说明
利用有限元计算软件Midas建立基于梁单元的有限元桥梁模型以后，在桥梁模型上添加车道荷载。其中，《89桥规》汽-20、《89桥规》挂-100、100吨平板车、物料车的荷载情况分别如图3～图6所示，人群荷载为3.5kN/m2。汽车荷载的冲击系数根据《89桥规》计算得到。
根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）第4.3.1条“公路-Ⅰ级”和“公路-Ⅱ级”的汽车荷载相同，汽车总重力为550kN的重车。而本工程桥梁通行车辆自重+货重为1000kN，需将上表重力标准值放大1000/550=1.81倍。
图6物料车荷载情况（满载时P=400kN、空载时P=150kN）
2.3理论分析结果
边梁为控制梁，在各种等级荷载作用下的计算结果如表1所示。
表1人行道侧边梁在各种荷载等级下的计算结果
从上表数据可以看出，该桥的边梁的设计弯矩由《89桥规》的挂车-100荷载等级所控制，为723.1kN*m。
拟通行荷载工况1下的弯矩值大于原设计弯矩值，因此该拟通行荷载相对于原设计荷载而言是不安全的。
拟通行荷载工况2与工况3下的弯矩值小于原设计弯矩值，因此该两种拟通行荷载相对于原设计荷载而言是安全的。
另外，采用等效弯矩的方法可以计算出试验荷载为：一辆43吨物料车偏右静止放置以及另一辆43吨物料车靠在偏右车辆旁静止放置。此时边梁的弯矩值为716.0kN*m，试验弯矩值与设计最不利弯矩比值为0.99，满足《试验方法》规定的荷载效率取值范围为0.8～1.0之间的要求。
根据优河桥理论分析结果，可以得出以下结论：
（1）相对于原设计荷载而言，100吨平板车安全通过该桥的条件是：平板车沿中线以小于30km/h的速度独立通行，即通过时的时速应在小于30公里/小时，并且不能有其他车辆同时通行。
（2）相对于原设计荷载而言，物料车安全通过该桥的条件是：40吨物料车常速前行，15吨物料车（空载）正常速度回程，通过时的时速应在小于30公里/小时。
（3）试验荷载的弯矩值与设计最不利弯矩的比值为0.99，满足《试验方法》规定的荷载效率的要求，可采用该等效荷载进行静载试验。
3常规检查
3.1外观检查
该桥检查包括：桥面系、上部结构、支座、下部结构、其它附属设施检查。
外观质量检查以目视观察为主，并辅以裂缝宽度测量仪、皮尺、卷尺和数码相机等检测工具，对该桥进行近距离的检查。
3.2混凝土强度检测
通过超声波回弹仪对试验跨混凝土主梁及桥墩桥台进行检测，根据该桥各跨主梁及桥墩的混凝土强度推定值可以判断该桥主梁混凝土标号为C40，桥墩混凝土标号为C35。
表3超声波回弹检测混凝土强度结果
3.3常规检查结果
（1）桥梁主要承重构件基本完好，未见明显结构性病害。但是0号及4号桥台存在明显桥头跳车病害，在载重车通过该位置时，会对1#及4#跨主梁产生较大的冲击，从而导致或加速1#及4#跨主梁的损坏，影响其结构的耐久性。应对跳车位置进行处理，使桥面平顺化。
（2）优河桥各跨主梁的混凝土标号为C40，桥墩的混凝土标号为C35。
4静载试验
4.1静载试验试验荷载
根据理论分析结果，静载试验的试验荷载为：一辆43吨物料车偏右静止放置以及另一辆43吨物料车靠在偏右车辆旁静止放置于桥跨中。加载位置如图7所示。
图8挠度测点布置图（单位：cm）
在各级荷载作用下，优河桥试验跨实测挠度结果如表4所示。
表4各工况下测点的挠度实测值（mm，以向下为正）
由表4可知，在试验荷载下，试验跨梁各个测点的挠度校验系数基本都在0.8～0.95之间，满足《试验方法》中“校验系数应在0.7～1.05”的要求。所有测点挠度的残余比均满足《试验方法》中“残余比应小于20%”的要求，说明该桥板梁结构仍处于弹性工作状态。
实测最大挠度小于26.7mm（即L/600），满足《04桥规》第6.5.3条的规定。
4.3应变试验结果
在简支梁控制截面即跨中截面布置10个应变测点，应变测点布置如图10所示。应变测试采用振弦式应变传感器。
图9应变测点布置图
在各级荷载作用下，优河桥试验跨（第1跨）实测应变结果如表5所示。
表5试验跨各工况下测点的应变实测值（με，以拉应变为正）
由表5可知，在试验荷载下，试验跨梁各个测点的应变校验系数基本都在0.75～0.95之间，满足《试验方法》中“校验系数应在0.7～1.05”的要求。
所有测点应变的残余比均在8%以内，满足《试验方法》中“残余比应小于20%”的要求，说明该桥板梁结构仍处于弹性工作状态。
4.4裂缝
试验前，主梁没有明显横桥向受力裂缝，在试验过程中，没有出现明显横向受力裂缝。
4.5静载试验结论
优河桥试验跨（第1跨）在试验荷载作用下控制截面的实测挠度及应变的校验系数基本满足《试验方法》的规定，挠度、应变的残余比均满足《试验方法》的要求，最大挠度值满足《桥规》的要求，试验过程中主梁没有出现横向受力裂缝，由此可以判断该桥各跨在最大试验荷载作用下处于正常工作状态。
因此，优河桥试验跨（第1跨）的强度、刚度均满足原设计荷载标准（汽-20、挂-100）要求，也满足拟通行荷载需求。
5动载试验
5.1动载试验内容
优河桥动载试验按如下2种工况进行动载试验：（1）在桥梁无车辆通行时，桥梁受环境自然激励，量测桥梁的固有振动频率。
（2）在桥面上，汽车分别以20km/h、30km/h的行驶速度进行跑车使桥梁产生受迫振动，量测桥梁的振动频率和振幅及冲击系数。
动态拾振传感器测点沿桥跨按图10布置在桥面各跨跨中，通过在动荷载作用下，测量其动态响应的变化。
优河桥按照梁理论计算得到的第一阶自振频率为8.8Hz，实测该桥4跨的振动频率分别为：9.10Hz、9.11Hz、9.08Hz及9.21Hz，各跨实测的自振频率均比理论值大，表明桥梁结构实际整体刚度比设计要求的整体刚度大，满足设计要求。
优河桥第2、3跨在各种速度的跑车工况下的实测冲击系数小于按规范理论计算的冲击系数1.218，满足设计要求。但第1、4跨在30km/h的跑车工况下的实测冲击系数在1.226~1.231之间，略大于按规范理论计算的冲击系数1.218。结合外观检查结果分析可知，其主要是由于第1、4跨桥头线形不平顺导致出现严重的桥头跳车现象，从而导致实测冲击系数较大，长期会加速或导致1#及4#跨主梁的损坏，影响其结构的耐久性。因此需对该位置的桥头跳车病害进行处理，使入口桥面平顺化。
6结束语
综合该桥理论分析、外观检查及混凝土强度检测以及静动载试验的结果，可以得出以下结论：
（1）理论分析显示该桥相对于原设计荷载而言，100吨平板车安全通过该桥的条件是：平板车沿中线正常速度独立通行，即通过时的时速应在小于30公里/小时，并且不能有其他车辆同时通行。物料车（俗称“泥头车”）安全通过该桥的条件是：40吨物料车常速前行，15吨物料车（空载）正常速度回程，通过时的时速应在小于30公里/小时。
（2）外观检查表明该桥桥台、桥墩、主梁、支座均基本完好，未见明显结构性病害。但0号及4号桥台存在明显桥头跳车等病害。
（3）静载试验结果说明该桥试验跨（第1跨）的强度、刚度均满足原设计荷载标准（汽-20、挂-100）要求，也满足施工单位提出的“100吨平板车沿中线正常速度独立通行”与“40吨物料车（满载）靠边正常速度通行、15吨物料车（空载）正常速度回程相遇”的荷载标准。
（4）动载试验结果显示非试验跨（第2～4跨）与试验跨（第1跨）的动力特性状况基本一致，故可认为该桥各跨的通行能力基本一致。
本文以既有桥梁承担额外交通运输压力安全评估为背景，介绍了从理论以及试验上，对该既有桥梁承担包括泥头车、平板车等额外交通运输压力进行安全评估的方法，并给出了评估过程及结果。本文的评估方法可为同类型项目提供有益的参考。
参考文献:
[1]《大跨径混凝土桥梁的试验方法》（1982）（本文简称《试验方法》）
[2]《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011）
[3]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）（以下简称《04桥规》）
作者简介：徐郁峰（1976年10月生），男，主要研究方向为桥梁与建筑结构施工监控、健康监测、仿真分析、检测、加固等