基于检测与试验的老龄钢桥结构安全评估

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1、◎s一⋯一基于检测与试验的老龄钢桥结构安全评估古锐，徐俊，马诚(同济大学桥梁工程系，上海200092)摘要：对已运营7O余年的老龄钢桥灵桥进行了上部结构病害检测、关键节点和杆件的超声波探伤、拱圈与吊杆空间形位测量、荷载试验，再综合历年检测数据和计算模型，深入分析了灵桥的退化程度和承载能力，得出以下主要结论：在现有交通条件下，灵桥的结构状态暂时是安全的，但其病害加剧，尤其是桥面系破坏严重、拱脚严重腐蚀，致使该桥已不满足使用要求，应尽快维修或改造。关键词：钢桥；荷载试验；桥梁病害；结构退化；承载能力；安全评估1灵桥概况检测，探伤未发现铆

2、钉孔边裂纹。灵桥的纵横梁可以宁波市灵桥建于1936年，为单跨中承式三铰拱区分为原结构纵横梁以及后焊接纵横梁，后焊的纵横结构钢桥，跨长97．536m，矢跨比为1／6．5，竖曲线梁焊接于原纵横梁下方，这降低了桥下通航净空，导致为半径R===88．2Olm的圆弧线，设计桥宽20．17m，横梁经常被船撞，进而发生变形甚至严重撕裂。该桥主拱圈采用帽形断面，全桥共设等间距布置的H形1994年加固时，将原混凝土桥面改建为开口肋正交异截面吊杆l2对，吊杆中心距为7．925m。1994年，性桥面板并铺设沥青路面，由于施工质量不高，桥面板主管部门对其桥

3、面系实施了改造。图1给出了灵桥如今存在着较多的缺陷，主要表现为加劲肋开裂以及主要节点编号，括号外编号为上游侧，括号内编号为桥面顶板开裂。下游侧。q图1灵桥节点编号经过7O多年的运营，灵桥几经修缮，但荷载、腐蚀等因素仍导致该桥力学性能退化_]]。特别是由于河道通航等级提升、桥下净空不足致使灵桥近年来屡遭船撞。2011年11月灵桥被一艘打桩船撞击后发现部分构件变形，危及安全。依据CJJ2003《城图2灵桥典型病害市桥梁养护技术规范》，事故发生后，立即对该桥实施了检测评定。3拱肋空间形位变化2011年11月发生船撞前，灵桥即存在着明显的2

4、病害检测船撞变形，此前曾多次对该桥开展空间形位的检测，检测中发现，灵桥存在着多种病害(见图2)，主要最近的三次检测分别是在2000年、2006年和2010表现为：拱肋涂装失效、铆钉缺失与烂头，并且由于拱年。由于2O10年与2011年测量结果时效性更肋与桥面相接处密封措施失效，拱脚钢箱中大量积水，强，因此拱肋空间形位分析将主要围绕这两次的测导致拱肋箱壁严重锈蚀；吊杆病害主要表现为构件表量结果展开比较。整理灵桥拱轴线数据变化示于图面锈蚀，同时对吊杆铆钉孔边进行了超声波横波探伤3、4中。收稿日期：2Ol1120628上么咯No．12012

5、sHANGHAIH-一◎／一一一～＼一-4-20i1／r一一、＼：／＼／＼／＼／＼／＼／一＼＼／＼-。n嗡A9A10AI1AI2AI3A'2A'3A'4焐A'6A'7A8A9K10A'IlA12A'I3fa)上游侧拱肋(b)下游侧拱肋图3灵桥拱轴线相对高差(m)图4灵桥拱轴线横桥向变形(m)通过对比拱轴线前后变化，可见船撞前后，拱轴示该桥可能处于不安全的工作状态。为检验结构的安线高差线性基本保持不变，但此次船撞后上游侧跨全性，采用实桥荷载试验的方式对灵桥的力学性能进中出现超过30mm的横桥向偏移，偏移方向为向上行评估，并为进一步校核

6、结构有限元模型，更准确地评游侧偏斜。灵桥受船撞主要来自上游船只，在撞击估桥梁实际承载能力和使用寿命提供可靠合理的科学力作用下，灵桥发生扭转变形，导致上游侧拱肋向上依据]。荷载试验中，选用6辆30t的三轴货车为荷游侧偏斜。载车进行加载，为模拟双车道加载方式，6辆货车分为纵向两列，每列3辆，按偏下游侧加载与中载两种方式4荷载试验加载。图5为荷载试验工况示意图，其中1～5工况为通过前述分析可知灵桥存在严重的结构变形，显偏载工况，7～11工况为中载工况。0工况1、7工况2、8工况3、9工况4、10工况5、11工况6、12lT况图5荷载试验工

7、况N12012上么咯29◎6承载能力验算拱肋截面为箱形，抗扭惯矩大，构件侧倾失稳的可能性6．1强度验算极低，因此按偏心受压对主拱圈稳定性进行验算。其据2008年灵桥检测报告，灵桥的钢材性能接近甚面内稳定据GB50017—2003{钢结构设计规范》5．2．5至超过Q235钢¨1]，验算时偏安全的按Q235钢的相关条实施验算，验算公式为：参数取值。汽车荷载采用汽一20级实施验算，人群荷N+j＆+叩≤载效应按3．5kN／m计算。最终的荷载作用按现行)，W(卜o．8～声wJTJ025—1986{公路桥梁钢结构及木结构设计规范》组合I计算。+

8、+N≤构件的承载能力采用下式验算[4]：±(+)÷≤儿一舞毋一篇式中：N、、My为轴向应力、杆件和Y方向弯矩；式中：下标z和Y分别对应于强轴和弱轴；N为轴心A、w、w为验算截面的计算面积和截面抵抗矩；C为压力；N’为计算参数；为弯矩作