某损伤钢桥检测与荷载试验实例

某损伤钢桥检测与荷载试验实例
摘要：本文以某受爆炸力损伤的装配式钢桥为例，研究了受损桥梁的检测方法和思路。

通过现场检测和荷载试验的方法对桥梁的承载力性能进行评估。

现场检测的主要内容包括：杆件几何尺寸检测和损伤检测；荷载试验的主要测试指标包括：桥梁关键截面、控制截面的应变和挠度。

检测结果显示：该受损桥梁在试验荷载作用下的挠度和应变均正常，校验系数亦处于正常的范围之内；但由于爆炸力造成的初始挠度偏大，目前状态下控制桥梁承载力的因素为钢桥的总体挠度。

关键词：装配式钢桥；工程检测；荷载试验
1 工程概况
该组合钢桥建成于2004年12月，桥梁形式为ZB-200W型装配式公路钢桥，组合形式为QSR4，钢桥设计总重116吨，设计荷载为汽-20级，钢桥跨度为42.672m（3.048m×14），桥面净宽7.35m，双车道。

钢桥主梁（纵向钢梁）中心净间距为8.43m。

钢桥竣工后尚未投入使用就遭受外力（河道爆破疏流）冲击，致使钢桥多处存在损伤，为此，为确认该桥目前的安全状况，需对钢桥进行了工程检测及荷载测试。

纵梁立面侧面示意图
2 现场检测结果
2.1杆件几何尺寸检测
采用直接测量和间接测量的方法对混凝土和钢结构构件截面尺寸、数量和规格进行现场复核，其检测数量按《城市桥梁工程施工质量验收规范》DGJ08-117-2005确定。

其主要目的是：一方面检查钢结构构件与设计的复核程度，另一方面为结构的整体计算分析提供依据，测量图纸缺失部分的资料。

检测结果表明：组合钢桥的结构构件的尺寸、规格和数量均基本符合原设计图纸。

2.2现状损伤检查
现场采用外观检查法对钢桥目前的损伤情况进行了详细检查，检查的内容主要为钢桥桁架、桥面钢板、抗风拉杆、承重横梁及杆件的连接部位等。

经检查发现，钢桥受损区域主要集中在桥梁的中部区域（即从南端起第五至第十跨区间），损伤主要表现为桁架的槽钢翘起变形、拉杆变形、桥面钢板下表面变形及有孔洞、缺少螺栓或螺母松动等情况，但钢桥结构整体未发现受到严重损伤情况。

图3 下弦型钢翘起变形图4 桥梁局部孔洞
3 荷载试验
根据相关规范要求，将标准设计荷载或标准设计荷载的等效荷载施于实际桥梁结构的指定位置，并对桥梁结构的应变分布、变形状态等进行量测，即可了解桥梁结构在试验荷载作用下的实际工作状态，从而评定桥梁结构的安全承载能力及内在质量，并针对其损伤状况提出合理的处理方案。

3.1测试目的
本次荷载试验的测试目的如下：
通过荷载试验获取钢桥结构在试验荷载下杆件中的应变；
通过荷载试验获取钢桥结构跨中截面在试验荷载下的最大挠度及钢桥的整体挠度曲线。

3.2加载点位布置及方式
本次钢桥荷载试验采用实车车辆作为静载试验荷载，测试桥梁内力（挠度）采用汽-20级进行逐级荷载试验，其等效荷载布置如下图所示：
钢桥结构荷载试验等效荷载布置示意
3.3试验荷载工况
该钢桥结构形式为单跨简支梁，由于钢桥存在一定的机械损伤及初始挠度偏大等情况，故本次试验荷载工况仅采用一种形式，即纵向按跨中截面弯矩和挠度最不利位置布载，横桥向为中载（考虑可以沿桥梁纵轴方向居中布载）。

该工况试验荷载由低到高逐级递增的原则进行加载，以此评定钢桥结构的整体工作性能。

此外，为保证试验效果，在选择试验荷载大小及加载位置时采用静载试验效率ηq 进行控制：
ηq＝ss/s＝1.2P/（1＋0.187）P＝1.01
3.4测点布置：
应变测点布置：
应变测点布置图
挠度测点布置：
荷载试验挠度测点布置
3.5变形测试
结合现场检测条件，钢桥荷载试验的挠度测试采用水准测量法进行测量，选用精密水准仪对桥梁结构的测试标志进行水准扫描测试，从而可以获取其下弦（钢梁底部）各点的坐标，再根据计算荷载等级的差值（变量）从而可以获取钢梁本身的初始挠度及不同荷载等级下的挠度（位移）增量，确定其荷载作用下的挠度。

测试结果表明：
钢桥结构在自重荷载状态下的挠度值已达到144mm，约为L/300，较无工作荷载下的理论挠度值明显偏大，说明该钢桥结构在施工安装时存在一定的误差。

钢桥结构在试验荷载作用下的实测挠度约为41.0mm，与试验荷载作用下的理论挠度（变位）相比约为0.87，其结构挠度校验系数ηf＝ss/s＝0.87。

荷载位移曲线如下图所示：
试验荷载下挠度曲线
由上述曲线可见，钢桥结构在各级试验荷载作用下的实测挠度均小于理论计算值，且比例大体相当，说明钢桥结构在试验荷载作用下其整体（除局部损伤外）大体处在正常的工作状态，现场实测未恢复挠度很小（7min内测试）。

但需要强调指出的是，由于钢桥结构的初始挠度过大，也说明该钢桥结构的组装状况（或受损伤影响）不甚理想，以及目前螺栓联接存在一定的安装缺陷等（如螺栓紧固不牢或螺母松动情况），对此须采取措施进行处理。

3.6应变测试
为了评定钢桥结构杆件的应力状态，本次现场检测还对钢桥结构主要受力杆件在试验荷载作用下的应变分布情况进行了测试，具体测试采用在钢桥上下弦杆设置电阻应变片，再通过YJR-5A型静态电阻应变仪二次放大记录的方法进行。

钢桥结构在试验荷载作用下主要控制截面测点的布置及编号参见“应变测点布置图”。

试验荷载下应变曲线
应变测试结果表明：钢桥结构（杆件）在试验荷载作用下的最大应变为300με，杆件在试验荷载（车列横向居中）下的最大工作应力大致在80～85MPa之间。

经对上述表中数据进行分析整理，桥梁结构杆件应变校验系数ηε＝se/ss＝0.9。

说明钢梁结构（杆件）在试验荷载的作用下，控制截面的杆件应力幅值处在正常范围内。

4 结论及建议
（1）试验荷载作用下的钢桥结构校验系数在正常范围内。

但钢桥结构在无工作荷载作用下的初始挠度值严重超限。

（2）钢桥在试验荷载作用下的挠度及应变均在正常范围之内，且有一定幅度的安全储备。

（3）钢桥结构的初始位移值（挠度值）偏大（144mm，约为L/300），存在着安装及结点紧固方面的缺陷，也对本次现场实车荷载的量值造成了制约。

因此，
本钢桥目前状态下的承载力控制因素为钢桥的总体挠度变位（初始挠度＋荷载挠度）偏大。

（4）建议：
对钢桥目前存在的局部损伤进行适当处理；对钢桥存在的安装缺陷及螺栓（母）松动进行全面紧固。

若进行了如上述的全面处理后，钢桥的安全承载能力较之试验荷载可以有一定幅度的提高。

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