馮官屯大橋檢測及加固設計

馮官屯大橋位于104國道河北省滄州市境內，橋梁全長183.9米，橋寬為凈7+2×0.5米人行道。橋梁上部構造為13孔跨徑14.1米的鋼筋混凝土工字梁微彎板組合梁橋每孔5片主梁，中距1.60米，無橫隔梁，梁端設瀝青油毛氈支座，鋼筋混凝土擺柱式支座和弧形鋼板支座，橋梁下部為鉆孔灌注樁基礎，單排雙柱式橋墩，T形蓋梁墩臺。

該橋于1966年建成，設計荷載為汽—13，掛—60，通車運營30年來為當地的國民經濟和社會發展作出巨大貢獻。但隨著交通量的日益增大，重型車過橋增多，橋梁適應度明顯不足，技術狀況有所降低，至檢測加固前已限載限速通行。

為了徹底了解橋梁現有的病害及缺損狀況，確定橋梁現有承載能力，為橋梁的適應度改善和維修加固提供確切的技術依據，滄州市交通局委托有關部門對馮官屯大橋進行了全面的質量檢測和承載力試驗鑒定。現將過程簡述如下：

一、 質量檢測

（一）、現狀調查：

檢測人員通過目力借助物理量測工具對全橋上、下部構造進行了全面的表觀調查，結論如下：

1． 橋面系及欄桿部分：橋面鋪裝損壞較嚴重，出現大量網裂、坑槽，縱縫，伸縮縫大都堵塞、凹陷或缺損，欄桿開裂，混凝土剝落，露筋部位嚴重銹蝕，泄水管堵塞，橋面排水不暢。

2． 工字梁微彎板：主梁跨中大部出現大量豎向裂縫，混凝土保護層剝落，受拉區主筋部分銹蝕。主梁端部出現斜裂縫，已發展到梁頂區域，部分少筋微彎板出現縱向裂縫，甚至斷裂。

3． 支座、蓋梁橋墩：多數蓋梁有不同程度混凝土脹裂，鋼筋銹蝕，混凝土脫落現象，橋墩大都有脹裂現象，部分樁柱傾斜，油毛氈支座老化，已失去作用。

4． 橋面縱向線形和橫坡：全橋跨中均有不同程度的下撓，增加了行車的沖擊系數，測得橋面橫坡為0.3%，小于設計值1.5%。

（二）、詳細檢查：

為了對橋梁作出切合實際的科學評價，在對橋梁作了一般表觀檢查后，又選取有代表性的12#孔進行詳細檢查，檢查項目包括：

1． 裂縫詳細檢查：

2． 混凝土碳化深度檢查：平均碳化深度為L=1.06cm。

3． 混凝土強度檢查：利用超聲波測得平均聲速為3744.76m/s，說明質量較好。

4． 混凝土保護層厚度及鋼筋分布：測得保護層平均厚度為2.675cm，不滿足《公路橋涵設計規范》中不小于3cm的要求。

5． 氯離子含量測定。

6． 鋼筋銹蝕檢測：根據主梁鋼筋暴露檢查與實測的電池電位確定為銹蝕。

7． 結構細部尺寸測量。

（三）、病害分析：

1． 豎向裂縫是因正截面強度不足引起，原設計荷載較低，實際運營荷載已超出此標準，承載能力不足。

2． 斜裂縫產生是因斜截面強度不足造成，特別是支點至1/8L處截面尺寸偏小。

3． 原設計有2道中橫梁，施工時并未實施，使得整體橫向剛度太小，主梁扭轉變形約束不足，橫向彎矩全部由少筋微彎板承擔。

4． 油毛氈和鋼支座基本失效，主梁縱向位移受到約束，一方面加劇了支座處主梁局部承壓區的混凝土安全性，為斜裂縫的開展提供了可能，另一方面上構附加力傳遞到墩臺上，使樁柱受力加大且不合理，樁柱產生較大變形。 lang=EN-US>

二、 荷載試驗

通過全面質量檢測發現，主梁普遍保護層偏小，梁內主筋處于銹蝕狀態，主筋表面存在大量結構受力裂縫，不少裂縫基本貫穿全腹梁高度，為查明這些裂縫對主梁承載力所造成的影響，鑒定橋梁正常使用的承載能力，為病害處理和加固方案提供基礎數據和技術資料，檢測人員進行了靜、動載試驗，以確定橋梁在汽—15，掛—80和汽—20，掛—100荷載作用下的承載性能和抗力效應，清楚橋梁的自振特性及其動力響應。試驗中選取具有普遍病害代表性的11#—12#墩間結構作為對象。

（一）、靜力荷載試驗：

試驗內容：

1． 檢測主梁跨中正截面抗力效應及主梁豎向剛度。

2． 評定主梁梁端斜截面抗剪強度。

3． 檢測橋墩抵抗最大垂直荷載能力。

試驗荷載：

加載工況：

1.跨中最大正彎矩偏載最不利位置。

2.跨中最大正彎矩對稱布載最不利位置。

3.支點斜截面剪力偏載最不利位置。

4.支點斜截面剪力對稱布載最不利位置。

5.橋墩最大垂直力偏載最不利位置。

6.橋墩最大垂直力對稱布載最不利位置。

觀測項目：

1． 主梁跨中截面下緣鋼筋應力。

2． 主梁跨中和支點變形以及橋墩沉降與蓋梁變形。

3． 支點斜截面剪應力。

4． 控制截面裂縫受載擴展情況。

試驗結果及分析：

1． 主梁跨中撓度：

2． 試驗荷載下主梁橫向分布系數與理論計算值

3． 跨中各級荷載作用下主梁下緣混凝土應變實測值(μξ)

4.由實測混凝土應變推求的主梁鋼筋應力(MPa)

5.支點試驗實測主梁梁端主拉應力（kg/m2）

6.橋墩及蓋梁變形表(mm)

結論：

1． 實測的跨中荷載分布系數與理論值不相符，試驗時邊梁橫向分布系數略大于理論值，但較為接近，由于中、邊梁采用等強度設計，這種不符無影響。

2． 主梁的裂縫均屬于活動性結構裂縫，在試驗荷載作用下，主梁的應變基本服從平截面假定，實測中性軸高度略低于理論計算值，說明參與主梁受拉混凝土的高度已較小，在保證主梁設計總體安全度的情況下，主梁無超載潛力可挖。

3． 試驗荷載下，實測主梁應力結構校驗系數和撓度校驗系數在 lang=EN-US>0.756~0.885和0.753~0.842之間，高于一般橋梁的0.55~0.60，此外主梁的開裂雖滿足規范要求但跨中截面擴展寬度較大，并伴隨有新的裂縫產生，殘余撓度介于10.21~17.86%，雖小于20%，但值較高。

4． 在試驗荷載作用下，主梁斜截面及橋墩沉降均可得到保證。

（二）、動力荷載試驗：

動載試驗實測一階豎向自振頻率為3.099HZ，滿足鋼筋混凝土簡支梁橋不小于3.099HZ的要求，實測阻尼比較大為0.865%，高于混凝土結構無裂縫界限0.5%，實測橋跨結構沖擊系數為1+μ=1.235，接近理論計算值1.23475，由此表明：橋跨結構動力性能一般。

三、 承載力驗算

馮官屯大橋位于104國道上，是進出京津的主要通道，交通量大，重車多，原橋設計標準低，適應度明顯不足，因此有必要對大橋主要承重結構通行汽—20，掛—100的可行性進行評估驗算。

驗算內容包括：主梁正截面強度，支點斜截面抗剪強度，主梁剛度及裂縫寬度，蓋梁正截面強度，樁基垂直承載力分析以及支座驗算：

通過承載驗算，結論如下：

1． 馮官屯大橋工字梁微彎板組合梁主要承重構件控制截面的強度、剛度、裂縫寬度以及樁基承載力都能滿足汽—15，掛—80的荷載要求，但其支點截面尺寸不能滿足抗剪要求，跨中截面不能滿足汽—15掛—80荷載要求，應增加配筋。

2． 主梁支點截面的抗剪強度，蓋梁的正截面強度和主梁的剛度，裂縫寬度均能滿足汽—20，掛—100的荷載要求。

3． 鋼筋混凝土擺柱式支座，除擺柱正截面強度不能滿足掛—80荷載要求外，其它各項驗算指標均能滿足汽—15，掛—80荷載要求。

4． 弧形鋼板支座各項驗算指標均能滿足汽—15，掛—80荷載要求。

四、 加固設計

根據上述試驗結論及病害分析，又考慮到舊橋東側為一新建梁橋，兩橋之間的結合問題，具體加固措施為：

1． 拆除舊橋梁端部懸臂板，新舊橋間增設一道寬主梁至新橋邊緣，下部增加一根樁，新舊橋之間僅留施工縫；加大端主梁尺寸，并增設一道中橫梁，以增大整體橫向剛度，改善荷載橫向分布，使邊主梁承擔較大荷載，從而對內主梁起卸載作用，以滿足汽—20級正截面強度需要。

2． 增大梁端截面尺寸，以滿足斜截面強度對截面尺寸的要求，提高斜截面抗剪強度。

3． 內主梁受力鋼筋除銹，加補新保護層。

4． 更換破損的少筋微彎板。

5． 全部更換油毛氈支座為板式橡膠支座，并對鋼支座進行改造，以消除溫度等因素引起的附加內力，同時使主梁縱向變形不受約束，減輕下部結構的負擔，改善主梁局部受力性能。

6． 樁柱變形過大處增設橫向聯系承臺，既可限制樁柱水平位移，又可限制豎向位移，使病害樁共同受力。

7． 由于加固后上部恒載增加，蓋梁端部負彎矩增加，可采取局部加強措施。

8． 橋面系及其它部位改造。

五、效益分析：

馮官屯大橋改造加固工程于1998年8月動工,經過二個月緊張施工,與同年10月竣工,運營三年來,各方面反映良好,達到了預期目的。

該加固工程的特點是：一、在適當增加原有橋跨結構恒載的前提下充分發揮了原橋跨結構的內在潛力，提高了荷載等級和橋梁適應度。二、新舊橋并聯成一體后，改變了原來“橋寬路窄”的狀況，從根本上改變了行車性能，增加了通行能力。三、通過對該橋的全面評定為今后的日常管理、定期養護及使用控制提供了可靠依據。四、該加固工程施工簡捷、工期短、造價低，平均造價為 lang=EN-US>6840元/延米，約為新建同類橋梁投資的34%，具有良好的經濟效益。五、該加固工程的成功實施為今后橋梁建設和橋梁養護探索了一條可行之路，其具有廣闊的發展前景。