基于旧桥检测与加固的健康状态评定研究

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摘要： 以某特大桥为研究对象，针对该桥T型简支梁底部出现裂缝的现象，通过现场动静载试验，并用大型通用有限元计算软件对其进行模拟分析，得出该桥由于长期处于超负荷荷载作用下，再加之原设计的T梁刚度偏小，从而产生较大变形，使桥梁的安全受到严重威胁。最后介绍用粘帖碳纤维布加固的技术与方法使该桥的可靠度得到提高。

Abstract: Regarding a big bridge as the research object, according to the phenomenon of crack at the bottom of T-simply supported beam of the bridge, through static test and dynamic test, the structure simulation analysis is made to T beam by adopting a large general finite-element software, obtained the bridge due to long term of overload operation, and the original design of the T beam stiffness is small, resulting in a larger deformation, so that the safety of the bridge are under serious threat. At the end, the paper introduced to use carbon fiber sheet reinforced, and the bridge's degree of reliability is improved.

关键词： 有限元法；刚度；碳纤维布；可靠度

Key words: finite element method；rigidity；carbon fiber sheet；degree of reliability

中图分类号：U446 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）21-0082-03

0 引言

随着我国交通事业的的迅速发展，公路交通量急速增长，大型重载车辆越来越多，大批既有桥梁结构也进入了老化期，人们对桥梁维护的认识水平和管养力度也在逐步增强。桥梁结构不仅受到自然环境下大气腐蚀、温度变化、湿度变化等影响，而且还受到超重车辆、结构疲劳、船舶撞击等作用，导致桥梁结构过早失效和功能丧失，严重影响了桥梁的正常使用。本文结合工程实例，通过对桥梁结构的检测和动静载试验，对桥梁结构的实际技术状况做出评估，以确保桥梁结构安全，为后期桥梁加固、维护和管养提供科学的依据，以保证桥梁运营的长期安全、可靠。

1 工程概况

位于新疆塔里木市的某简支T梁桥，大桥下部采用钻孔灌注桩钢筋混凝土双柱式桥墩，上部为T型简支梁桥，设计荷载等级为汽－15、挂－80，人群荷载为3.5kN/m2；单孔跨径20m，共80孔，全桥全长1606m。初建时，桥面净宽7m，两侧设有0.75m宽的人行道，后来拓宽人行道后加宽至1m（如图1所示）。

2 桥梁外观检查

该桥于2002年进行过维修，对混凝土结构表面的裂缝和露筋进行了处理。在荷载试验中仍可见部分裂缝的宽度在加载时有所张开，但宽度小于0.2mm，卸载后裂缝尚能闭合。其中第4跨是作为微裂缝较多的试验跨，属于全桥的薄弱构件，试验加载时T梁跨中部位的裂缝均有所张开，卸载后尚能闭合。

经过一段时间的运营，在大桥主桥纵梁表面，多处发现有细小的横向裂纹。但由于主桥纵梁表面已作粉饰，有些结构缺陷无法发现，影响了对结构状况的客观、正确的判断。为了解桥梁结构的实际工作状态，评价其在设计荷截下的工作性能，以找出桥梁主要病害，为桥梁加固提供依据，为此进行了动静载试验。

3 桥梁静力测试

桥梁上部结构混凝土强度，通过回弹法及运用超声波检测技术进行测定混凝土强度，通过回弹法与超声回弹综合法推定该桥T梁混凝土强度为C30。

采用精密水准仪测定桥梁挠度：根据现场实际测量，试验3跨在所有工况下的跨中最大挠度为12.3mm，为跨度20m的1/1626，远小于规范中“梁式桥主梁的最大挠度处不应超过计算跨径的1/600”的规定值；且由表1可知，工况1时试验3跨下游侧的挠度校验系数普遍超出规定的0.90之上限，同时上游侧的40跨也超出。故从挠度角度判断，该桥T梁的刚度偏弱，不能满足设计要求。

4 动载试验及计算分析

结构动载试验选择主桥第4、第40和第80孔进行，其目的是通过测量结构的动力响应信号得到桥梁结构的动力特性，以检验桥梁的承载能力，评定桥梁的整体动力性能。动态特性分析主要分为有限元计算分析和动载试验结果分析。

4.1 计算模型 采用ANSYS大型有限元进行结构动力特性分析，以获取结构的固有频率和振型等信息。主桥选用空间板单元进行有限元计算，其计算模型如图2所示。其中沥青混凝土桥面和护拦以分布质量方式施加到结构上，车载以集中质量方式施加到相应结点上，材料特性按照规范取值。

4.2 计算结果 有限元计算得到的主桥T梁的前5阶固有频率列于表2，位移振型见图3～图5。

4.3 动载试验及结果分析 动力荷载试验是通过测试结构或构件在动荷载激振和脉动荷载作用下的受迫振动特性和自振特性，以分析判断结构的动力特性，并与理论计算结果进行对比，从而为检验桥梁的承载力提供依据，分析和评价桥梁的整体动力性能。测试工况分跑车试验、跳车试验、刹车试验三个工况。