于海龙, 杨 奎

(1. 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司, 安徽合肥 230000; 2. 四川建筑职业技术学院 , 四川德阳 618000)

1 工程概况

随着国内旅游业蓬勃发展，景区重大安全事故也时有发生。许多旅游栈道往往缺乏设计及施工过程中的质量控制，仍然主要依赖经验设计、建造。目前国内尚无现行的设计和施工规范可循，栈道的安全检测评价也暂无统一标准。本文针对某旅游景区钢构人行栈道安全检测问题进行分析研究 , 提出栈道荷载试验方法，以供大家在工程实践中参考。

某景区栈道依山势而建。为避开滑坡、落石、危岩等不良地质体影响而新建一部分栈道，另一部分栈道则在原有栈道钢架上或更换栈道板或在原有栈道钢架上新增设[10槽钢和加铺栈道板而成。某栈道区间原有钢架为14×2.5 m连续钢架，栈道宽2.2 m。该段栈道每孔钢架横向设两根I10工字钢立柱，立柱顶设I10工字钢横梁，横梁上纵向设3根I10工字钢主梁。主梁上等间距新增加布置[12槽钢作分配梁，分配梁上沿纵向加设3根[10槽钢作纵梁。纵梁上横向满铺松木板作栈道桥面。该人行钢桥建设年代未知，需要对原钢栈道结构进行荷载试验以评估其安全性。

2 检测项目及仪器设备

本次检测主要包括以下项目：

(1)全桥外观检查。包括钢结构锈蚀、开裂等，利用现有条件，对主梁、次梁、横梁、桥台、桥面以及栏杆等部位进行检查。

(2)静载试验。通过测量桥梁结构在静力试验荷载作用下各控制截面的应变和挠度，从而掌握桥梁结构实际工作状态，评价桥梁结构的使用性能。

本次使用的主要仪器设备：钢卷尺、游标卡尺、数显百分表、无线多功能静态应变测试系统、裂缝宽度检测仪。

3 静载试验

静载试验是通过对试验荷载作用下栈道结构的内力与变形进行测量，从而对栈道工作状态和工作性能进行检验。栈道结构不仅受到其本身重量即恒载的作用，同时还受到人群荷载、风荷载雪荷载等活载的作用。静力加载试验是对栈道结构在设计荷载作用下栈道的工作状态与工作性能进行检验，从而确定栈道的承载能力是否满足设计要求。目前栈道还没有统一的检测规范可循，现根据JTG/T J21-2011《公路桥梁承载能力检测评定规程》和JTG/T J21-01-2015《公路桥梁荷载试验规程》，进行本次荷载试验及对本次试验荷载结果进行评定。本次测试截面位置示意图见图1，测试点布置在主梁各截面的上下底面。

图1 静载试验测试截面位置示意(单位：cm)

根据现场实际检测结果，对上部刚架结构进行承载力验算，分析刚架的受力特点。考虑到栈道可能存在的人员密集情况，栈道活荷载取为3.5 kN/m2，活载系数取1.4。刚架材料采用Q235钢材，抗拉、抗压和抗弯强度设计值根据GB 50017-2017《钢结构设计规范》表3.4.1-1取为215 N/mm2，抗剪强度设计值取为 125 N/mm2；其余计算参数均按现行有关设计规范进行取值。采用Midas Civil 2014有限元软件计算。模型中所有结构均采用梁单元模拟。纵梁和横梁的连接均考虑为弹性连接，两端支座处采用刚接近似处理，忽略栈道木板自重对上部结构的影响。栈道人群活荷载在有限元软件中以均布荷载方式施加在槽钢上。

由计算结果可知，工字钢梁主梁在人群荷载作用下支座B-B截面有最大负弯矩，弯矩值M=4.3kN·m。考虑现场条件限制，加载重物采用水袋装水进行加载。水袋规格为2.5m×1.5m×0.8m=3m3，即单个水袋充满水后总重量为3 t。将两个水袋顺桥向置于桥面，然后用抽水机抽水加载。根据弯矩等效原则，水袋充满水后支座B-B截面最大负弯矩为M=4.5kN·m，加载效率ηq=1.04，满足试验规程加载效率系数ηq=0.95～1.05的要求。

3.1 测试项目及方法

本次静力荷载试验确定的试验项目主要有：

(1)应变：工字钢梁测试截面在试验荷载作用下的应变。应变测量采用在工字钢主梁、横梁顶面和底面粘贴电阻应变片。

(2 )挠度：工字钢梁测试截面在试验荷载作用下的挠度。挠度测试采用数显百分表进行测试。

本次静力加载试验确立的加载位置为：栈道桥梁跨中。加载方式采用分级加载，加载试验采用预压水袋进行(每个水袋充满约30 kN)，加载过程随着抽水机注水缓慢进行。同时由专门人员统一指挥加载的实施，及时掌握各方面的情况，确保安全有序地实施加载计划。

3.2 测试结果与分析

3.2.1 应变测试结果与分析

试验工况作用下测试截面应变见表1。

表1 试验荷载作用下测试截面主要测点应变及校验系数

由表1可见，在荷载作用下，桥跨测试截面应变校验系数在0.78～0.91范围内，测试截面实测应变值均小于理论计算值，测试截面应变校验系数满足相关规范要求；卸载完毕后，桥跨测试截面最大相对残余应变为5.26 %，表明试验桥跨工作性能良好，整体处于弹性工作状态。试验桥跨结构强度满足试验荷载要求。

3.2.2 挠度测试结果与分析

试验工况下测试截面挠度及校验系数见表2。

由表2可见，在荷载作用下，桥跨测试截面挠度校验系数在0.76～0.81范围内，测试截面实测挠度值均小于理论计算值，测试截面挠度校验系数满足相关规范要求；卸载完毕后，桥跨测试截面最大相对残余挠度为14.07 %，在卸载后具有较好的变形恢复能力，整体处于弹性工作状态。试验桥跨结构刚度满足试验荷载要求。

3.3 焊缝观测

试验前对测试截面附近区域进行焊缝检查，测试截面附近焊缝未发现可见裂缝；在试验桥跨各加载工况下，焊缝未出现可见裂缝。

表2 试验荷载作用下测试截面挠度及校验系数

4 检测结论

4.1 外观检查

(1)桥面系：桥面栈道板外观状况良好。

(2)上部结构：工字钢主梁、工字钢横梁外观状况良好。

(3)下部结构：工字钢立柱外观状况良好。

4.2 静载试验

(1)本桥测试截面的静力试验荷载效率为1.04，符合JTG/T J21-2011《公路桥梁承载能力检测评定规程》第8.1.2条的规定，静力荷载试验效率ηq宜介于0.95～1.05之间，其试验检测结果能反映结构的实际工作状态。

(2)在水袋荷载作用下，测试截面实测应变值均小于理论计算值，应变测点的校验系数介于0.77～0.91之间；卸载后的相对残余应变均小于规范限值20 %，说明本栈道桥承载力满足安全使用要求。

(3)在水袋荷载作用下，测试截面的实测挠度值均小于理论计算值，挠度测点的校验系数介于0.76～0.81之间；卸载后的相对残余挠度均小于规范限值20 %，说明本栈道桥刚度满足正常使用要求。

(4)加载前对测试截面附近区域进行焊缝检查观测，测试截面附近焊缝未发现可见裂缝；在试验桥跨各加载工况下，焊缝未出现可见裂缝。

综上所述，本钢栈道桥试验桥跨刚度、强度和承载力满足人群荷载3.5 kN/m2要求。

5 养护建议

根据检测结果，以及相关资料，特提出以下建议：

(1)加强栈道桥的检查和养护工作，经常巡视，及时更换腐蚀的木材，对钢梁锈蚀部分及时除锈并补喷防锈涂料。

(2)客流量超过设计值时，采取限流措施。