连续箱梁桥船撞事故分析与加固效果评定

摘要：船舶撞击在水系发达地区是公路桥梁偶然荷载中重要的一种，随着近年来船撞事故的频繁发生，引起了学术界的对类问题的高度关注。某城市一座连续箱梁桥腹板遭受船舶撞击后，出现纵向预应力钢束断裂、腹板穿孔的结构严重损伤，削弱了结构的刚度和承载能力，以该桥的加固工程为例，介绍了船撞这种突发事故的检测评定、维修加固以及加过效果的评定，为同类型桥梁的船撞事故处理方式和方法提供参考。

关键词：船撞;连续箱梁桥；加固；承载能力评定

中图分类号： K928 文献标识码： A 文章编号：

1概述

船舶撞击在水系发达地区是公路桥梁偶然荷载中重要的一种，随着近年来船撞事故的频繁发生，引起了学术界的对类问题的高度关注。目前国内外学者的船撞理论和实践研究较多集中于桥墩的防撞设计，低估洪汛期河道水位上涨时船舶对桥梁上部结构撞击的危害性[1]。由于船撞事故的突然性和紧急性，使得结构的受损程度评估和维修加固工程实施均需在尽量短的时间内完成，保障桥梁的安全通行。本文以广东某公路连续箱梁桥上部结构遭受船舶撞击为背景，介绍船撞事故的检测评定和加固措施，并对加固效果进行分析，为同类型桥梁的船撞事故处理方式和方法提供参考。

2 桥梁船撞事故概况

某桥地处广东省，1984年建成通车。该桥全长912.16m，桥面净宽14m，主桥为三跨双箱单室连续箱梁，桥跨布置为73.5m+90m+73.5m，下部结构为柱式桥墩。由于河道水位上涨，一艘约600t船只距离该桥600m时发现净空不够，开始停船并倒退，但由于水流影响，最后导致该桥主跨上游侧箱室腹板下部遭受船舶直接撞击，撞击削弱了箱梁结构的截面，降低了箱梁的抗弯承载能力和抗剪承载能力，已影响该桥梁的安全和正常运营，导致交通中断。结构受损情况如下（见图1）：

（1）90m主跨上游侧腹板下部穿孔，面积，被撞孔洞两侧下部各有一条纵向裂缝，长分别为100cm、280cm，宽分别为0.1mm、0.3mm；

（2）撞击处腹板构造钢筋（竖向15根，纵向7根，共两排）已全部弯曲，部分钢筋已断裂；

（3）撞击处有4条腹板预应力钢束断开，在腹板与底板交接的倒角处有2条钢束束波纹管破损，可见钢绞线已经弯曲，但未见明显断开；其他近底板倒角处钢束灌浆饱满。

（a）船撞位置示意图

（b）船撞处腹板穿孔 （C）腹板预应力钢束断裂

图1 船撞位置及结构损伤

3 船撞受损计算分析

根据结构受损情况，承载能力极限状态验算时不考虑4根断裂钢束，2根弯曲钢索分别计50%的作用；正常使用状态的压应力、拉应力按照完全计入及完全不计入受损钢束的作用分别验算，并取箱梁断索部分左右各5m的单元中最大弯矩效应进行抗弯承载力验算，结构有限元模型见图2所示，船撞前后结构承载能力及应力对比分析见表1、表2所示。

图2 结构有限元模型

表1 受损前后箱梁跨中截面应力对比表

表2 结构受损前后对比分析表

从表1可以得知，箱梁跨中截面原结构抗弯承载力抗力/效应为1.11，受损后抗力/效应为0.96，强度已不满足承载能力要求。从表2可以得到，原结构受损后，在正常使用极限状态组合I和组合II下，跨中下缘压应力减小1.2MPa，由于结构受损，跨中下缘的压应力储备减小。

4 加固措施

为了恢复原貌，并以受损结构在补强后能满足原设计标准和正常运营要求为原则，对原结构及加固后分别进行承载能力极限状态及正常使用状态验算，鉴于原78规范荷载标准与85规范相同，控制指标也相近，加固设计按（JTJ 023-85 规范）验算，要求加固后结构的承载能力极限状态、正常使用状态均与原结构水平相当。主要加固措施如下：

（1）本方案采用的箱内体外预应力钢束均为腹板弯起束。第17跨跨中受损腹板设置2束Φs15-12的低松弛钢绞线束，体外预应力钢束靠近底板及腹板，分二组底板锚固于增设的混凝土齿板上，见图3所示；

（2）体外预应力钢束不设置竖弯和平弯，在箱梁内仅设置体外预应力钢束锚固块，锚固块采用现浇钢筋混凝土，锚固块在底板通过植筋与原箱梁连接为整体；

（3）腹板受损钢束弯起区域腹板内表面粘贴垂直于底板方向的Q345C钢板条，钢板条厚10mm，宽120mm，净距40mm。钢板上、下缘均设置钢板压条，锚栓间距不大于40cm，见图4所示；

（4）将原腹板构造钢筋恢复并凿毛，植筋且设置加强钢筋，用C50混凝土对腹板穿孔处进行修补；对裂缝进行灌封封闭处理。

图3 体外预应力索布置平面示意（单位：cm）

图4加固钢板示意（单位：cm）

5 加固效果评定

该桥主跨在船撞事故前47天曾做过静载试验，当时主桥的状况较好，承载力可以满足设计荷载等级要求。为了评定加固效果，加固后的静载试验工况、车载布置与加固前相同，加载车总重基本相当。试验采用6辆41t双后轴重车进行加载，其中4辆重车布置于主跨偏载加载，2辆重车布置边跨加载，分为跨中最大正弯矩工况、墩顶最大负弯矩两个试验工况，试验工况见表3所示。

表3 荷载试验工况及荷载效率

挠度测点布置，分别在桥面两侧箱室边腹板顶部处于跨中、墩顶、1/4L处布置测点，共12个测点；应变测点分别于跨中、墩顶控制界面布置应变测点。

由挠度测试结果可知，两个工况下主要挠度测点卸载后相对残余变形均小于20％，满足《试验方法》要求，各级荷载下挠度基本随荷载增加按线性规律变化，说明结构基本处于弹性工作状态；由应变测试结果可得，两个工况下跨中截面及墩顶截面主要应变测点相对残余变形均小于20％，各级试验荷载作用下，梁底、腹板上各测点实测应变值随荷载变化基本处于线性关系，说明结构处于弹性工作状态。加固前、后两次静载试验结果各关键参数进行对比，见表4所示。

表4 加固前、后静载试验结果对比

从表4中可以看出，该桥主跨加固前后的两次试验数据较为接近，其中，跨中正弯矩工况荷载效率比值为1.01；前后两次试验关键测点的实测应变比值为1.06（最大拉应变）、1.04（最大压应变）；实测挠度比值为0.92，前后两次试验结构的关键测点实测应变值与实测挠度值非常接近，基本一致。

6 结语

船舶直接撞击桥梁上部结构的几率比下部结构小，但是当结构受到严重损伤时对桥梁的使用功能有同等影响。该桥上部结构箱梁腹板受到撞击后，出现预应力钢束断裂、腹板穿孔等结构性破损，削弱了结构的刚度及降低了结构的承载能力。在满足原设计标准和正常运营的前提下，对该桥船撞处箱梁进行施加体外预应力并粘贴钢板进行加固处理，通过加固前、后两次的荷载试验表明，维修加固后，结构的承载能力基本恢复到船撞损坏前的水平。

参考文献

[1] 戴彤宇，聂武.船撞桥事故综述[J].黑龙江交通科技,2003,(2):1-3

[2] 中华人民共和国交通部.JTJ024-85公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S],1985

[3] 赵振宇,伏耀华,金允龙,等.桥梁上部结构防船撞研究[J].上海船舶运输科学研究室学报,2008(2)