桥梁承载能力评估

桥梁承载能力评估（精选8篇）

桥梁承载能力评估 篇1

概述

随着交通流量和车载吨位的增加, 危旧桥梁数量不断加大、桥梁安全运营隐患频现。如何判明主体结构的应力状态, 如何确切知道桥梁承载能力, 这是我们桥梁工程师所面临的很现实而又较棘手的问题。实践要求广大桥梁养护工程师必须对这一问题进行深入探讨, 不断地提高判定桥梁承载能力的技术水平, 这样在日后桥梁的维修加固和改建工作中, 才能具备准确的技术支持, 从而保证桥梁具备良好的使用性能。

加固设计必须要建立在根据实际情况对其承载能力进行科学评价基础之上。

1 在役桥梁承载力的主要影响因素分析

1.1 结构完整性对桥梁结构承载力的影响

桥梁在长期的运营过程中, 部分桥梁构件有一定程度的损伤, 致使原设计比较合理的受力结构, 在构件损伤后受力失去合理性, 造成局部受力过大、结构整体性不足的后果, 这些都削弱了桥梁结构的承载力。

1.2 变形对桥梁结构承载力的影响

不超过《公桥规》规定限值的短期荷载作用下的桥梁结构变形, 对桥梁运营的影响是安全的。对于超过限值的荷载引起的结构残余累计变形, 会影响桥梁的承载能力。

1.3 裂缝对桥梁结构的影响

在混凝土桥梁中, 裂缝是十分常见的一种病害, 通常我们将其分为结构裂缝和非结构裂缝两种。而由外界荷载所导致的裂缝就是结构裂缝, 其表现状态就是桥梁结构的整体承载力出现了明显的下降或不足;而由于混凝土自身性能达不到要求或是不能满足外界条件而导致了裂缝就是非结构裂缝。钢筋混凝土结构受力后出现裂缝, 其本质关系即表现了出来, 通过裂缝可以判断实际桥梁属于纯弯、弯压、剪压等何种破坏模式。

1.4 混凝土施工质量问题的影响

由于在实际工程中钢筋混凝土构件内部存在质量缺陷及密实度差, 大大削弱混凝土抵抗外界有害介质侵蚀的能力。造成混凝土的碳化、钢筋的锈蚀、混凝土表面的风化等病害, 使混凝土本身强度下降, 严重影响了钢筋混凝土构件的承载能力。

1.5 钢筋锈蚀对桥梁结构承载力的影响

钢筋锈蚀对钢筋混凝土构件的影响主要表现在:减小其截面面积、使构件混凝土保护层纵向开裂、降低钢筋与混凝土之间的机械咬合力, 故钢筋锈蚀大大降低了桥梁结构承载力。

1.6 环境因素

经常使用融雪盐、桥面积水排泄不畅、河床冲刷、酸雨、环境温度及环境湿度等均能引起结构及混凝土的变化, 影响结构承载力。

2 桥梁检测评估方法及比较分析

2.1 既有桥梁的检测评定方法

桥梁结构承载力的评定以检测为基础, 检测又以实际测量为主, 不同结构类型的桥梁其测量的内容要求也不同, 混凝土梁式桥主要检测内容包括混凝土强度、碳化深度、保护层厚度、构造裂缝、构件损伤、钢筋锈蚀、跨中挠度、结构变位、支座破坏、地基沉陷、自振频率、大吨位车辆混入率等。通过检测评定的手段, 判断结构的可用性, 是桥梁检测、结构评估的最终目的。根据桥梁养护规范及公路桥梁承载能力检测评定规程, 在用桥梁的检测评定方法大致可归结为以下几种。

2.1.1 桥梁技术状况等级评定法 (俗称“经验法”)

经验方法将调查和经验相结合, 是国内外评定桥梁承载力的常用方法, 多采用物元分析理论也即层次分析法, 依据桥梁检查检测资料, 通过桥梁各部件技术状况分层综合评定, 同时考虑桥梁单项控制指标 (关健病害的控制) , 确定桥梁的技术状况等级。五类桥梁的承载能力比设计降低了25%以上。

2.1.2 引入分项检算系数修正极限状态设计表达式的方法 (俗称“极限状态设计理论法”)

此方法是基于设计规范, 根据实测的材料性能、结构几何尺寸、支撑条件、外观缺陷、及通行荷载, 按桥梁结构的设计理论来计算承载力, 要求承载能力评定包括持久状态下承载能力极限状态和正常使用极限状态。承载能力极限状态针对的是结构或构件的截面强度和稳定性, 正常使用极限状态主要针对结构或构件的刚度或抗裂性。

不同结构类型的桥梁采用相应的评定公式, 对配筋混凝土桥梁承载能力极限状态, 按下式进行计算评定:γ0S≤R (fd, ξc, αdc, ξsαds) Z1 (1-ξe) 。以上2个公式的左边表示考虑荷载安全系数后的组合荷载效应, 右边表示了考虑材料安全系数后的结构抗力效应, 其中, γ0-结构的重要性系数;S-荷载效应函数;R (~) -抗力效应函数;fd-材料强度设计值;αdc-构件混凝土几何参数值;αds-构件钢筋几何参数值;Z1-承载能力检算系数;ξc-配筋混凝土结构的截面折减系数;ξs-钢筋的截面折减系数;ξe-承载能力恶化系数。式中, 采取引入桥梁检算系数、承载能力恶化系数、截面折减系数和活载修正系数分别对极限状态方程中结构抗力效应和荷载效应进行修正, 并通过比较判定结构或构件的承载能力状态。正常使用状态的计算评定, 分限制应力、荷载作用下的变形、各类荷载作用下裂缝宽度限值三个计算过程。

2.1.3 荷载试验方法

目前评定桥梁承载能力最直接的方法是进行荷载试验, 主要是采用静载试验。实施荷载试验的前提是:当通过检算分析尚无法明确评定桥梁承载能力时, 通过在桥梁结构上施加与设计荷载或使用荷载基本相当的外载, 利用检测仪器, 测试桥梁结构在试验荷载下控制部位的应变 (含残余应变) 、位移 (含基础沉降) 、和裂缝开展 (含卸载后裂缝闭合宽度) 情况, 测定桥梁结构在试验荷载作用下的结构响应, 并与理论值进行比较, 确定主要测点静力荷载试验结构校验系数ξ, 最终确定检算系数Z2, 代替Z1按2.1.2的计算式进行承载能力评定, 或是依据残余应变、裂缝扩展闭合、基础沉降变位类推出承载力。

2.2 三种检测评定方法的比较分析

在我们介绍的这三种检测评定方法中, 他们都是存在着缺陷的, 并且也都有其独特的特点。

2011年修订后的桥梁技术状况评定标准, 根据不同桥型的部件类型分别编制了相应的评定细则, 在细则中进一步了细化了评定指标, 同时也提出了量化的标准, 在评定桥梁的技术状况时, 主要应采用五类单项控制指标, 要求在目测的基础上增加氯离子含量、碳化深度等检测指标, 改进了技术状况的评定模式, 比较全面反应了桥梁的承载力状况。依据经验法评定的结果, 可以作为桥梁日常养护、交通管理、25m以下跨径桥梁改造加固的依据。优点是经济、简便, 可以在不长时间内对大量桥梁实施检测评定。缺点是承载能力评定只是一种估计值, 相对欠精确, 依据个人经验、水平及责任心的不同, 评定结果会有差异。

25m以上大跨径、特殊结构桥梁的定期检查、特殊检查、适应性评定、加固改造设计均需委托有相应资质及能力的单位按照极限状态设计理论法对桥梁承载能力进行评定。该评定方法的优点是检测全面, 评定结果较为精确。缺点是实施程序复杂, 还需要立项招标, 不能及时对承载力下降桥梁展开评定;对桥梁原始资料的依赖性较高。

荷载试验方法直观、准确, 但规模大、费用高, 影响交通, 操作不当还会加剧桥梁状况的进一步恶化, 并且所得出的承载力值为理论与试验比较后的推断值。只有检查、检算不足判断时才考虑荷载试验。

桥梁承载能力评估 篇2

既有桥梁承载能力评价方法分析探讨

指出旧桥加固一般要对其进行承载能力评价,然后采取可行的加固方法,为了快速、可靠、准确的.评价旧有桥梁的承载能力,对现有评价方法进行了分析研究,从而为旧桥维修加固及超重车过桥提供管理应用参考.

作 者：查品才 作者单位：广州市市政工程设计研究院,广东广州,510060刊 名：山西建筑英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE年，卷(期)：36(10)分类号：U441.2关键词：旧桥 承载力 荷载试验 承载力评价

桥梁承载能力评估 篇3

关键词：在役桥梁,承载力,损伤评估

1 引言

随着我国经济的不断增长,交通运输业日益发展,公路交通在国民经济中的作用和地位,也愈来愈显著地为人们所重视。为确保公路正常营运,必须加强对桥梁的检测与维护,为汽车提供安全、快速的行驶环境。公路桥梁作为公路交通的重要组成部分,其质量优劣决定公路交通是否能安全可靠。

在桥梁检测中,如何来评定旧桥的承载能力和安全度。了解桥梁在试验荷载作用下的实际工作状态及一些理论上难以计算部位的受力状态,判别桥梁结构的安全承载力和使用条件至关重要。探讨在桥梁检测中的损伤识别方法和有效的检测技术,对桥梁的检测评估的效率和结果影响很大。结合桥梁检测实践,探讨在役混凝土简支梁桥的承载力判定和损伤识别技术,对丰富旧桥检测和评估技术和指导工程实践有着重要的意义。为确保桥梁安全运营、进行科学养护起到更加重要的作用。

2 桥梁振动模型

作为桥梁系统,桥面板多为钢筋混凝土浇注而成,符合平面假设原理,因此可以将桥梁简化看成一个连续的均布质量系统,设桥梁抗弯刚度为EI,单位长度质量为m,不计桥梁横向剪切变形荷阻尼的影响,在xy对称面内的横向荷载p(x,y)作用下,梁产生自静平衡位置计起的动挠度y(x,t),设向下为正。

梁在振动时的动能为:

$\text{Τ}=\frac{1}{2}{\displaystyle {\int }_0^{\text{l}}\text{m}}\dot{\text{y}}{}^2$dx (1)

梁在振动时的位能为:

$\text{V}=\frac{1}{2}{\displaystyle {\int }_0^{\text{l}}\text{E}}\text{Ι}\left(\frac{\partial {}^2\text{y}}{\partial \text{x}{}^2}\right){}^2$dx (2)

根据能量法原理,弹性系统在平衡位置时总位势∏最小为稳定状态,即∂∏=0,在t1到t2时刻,运用哈密尔顿原理有:

∂∫${}_{\text{t}{}_1}^{\text{t}{}_2}$(T-V)dt+∫${}_{\text{t}{}_1}^{\text{t}{}_2}$δWdt=0 (3)

根据变分原理得:

$\text{m}\ddot{\text{y}}+\text{E}\text{Ι}$$\frac{\partial {}^4\text{y}}{\partial \text{x}{}^4}=\text{p}(\text{x},\text{t})(4)$

当计存在阻尼时上式写成:

$\text{m}\ddot{\text{y}}+\text{C}\dot{\text{y}}+\text{E}\text{Ι}$$\frac{\partial {}^4\text{y}}{\partial \text{x}{}^4}=\text{p}(\text{x},\text{t})$

对于简支梁桥的模型解,桥梁振动动刚度为:

$\text{E}\text{Ι}=\frac{\text{ω}{}_{\text{n}\text{d}}\text{l}{}^4\text{m}}{\text{n}{}^2\text{π}{}^2}(5)$

桥梁的竖向位移为如下形式:

$\text{y}(\text{x},\text{t})={\displaystyle \sum _{\text{n}}\text{C}}{}_{\text{n}}\sin \frac{\text{n}\text{π}\text{x}}{\text{l}}\sin (\text{ω}{}_{\text{n}}\text{t}+\text{θ}{}_{\text{n}})(\text{n}=1,2,3\cdots )(6)$

3 在役混凝土桥梁承载力判定

在桥梁检测中,采用实桥荷载试验来评定旧桥的承载能力和安全度。特别是针对那些缺乏原始设计资料和图纸的旧桥,用荷载试验方法来确定承载力是切实可行的方法。荷载试验评定是对结构进行直接的加载测试的一项科学试验工作,可直接了解桥梁在试验荷载作用下的实际工作状态及一些理论上难以计算部位的受力状态,判别桥梁结构的安全承载力和使用条件;也可以确定一些理论上无法考虑的因素。此外荷载试验还常常有助于发现隐蔽的病害。

经过荷载试验的桥梁,应根据整理的试验资料分析结构的工作状况,进一步评定桥梁的承载能力,为新建桥梁验收作出鉴定结论,或作为旧桥承载力鉴定验算的依据,并纳入桥梁承载能力鉴定报告和桥梁承载能力鉴定表。

3.1 桥梁结构工作状况分析

校验系数η是评定结构工作状况、确定桥梁承载能力的一个重要指标。不同结构形式的桥梁其η值一般不相同。

由于理论变位(或应变)一般按线性弹性理论计算,所以,如测点实测弹性变位(或应变)与理论成正比,其关系曲线接近于直线,说明结构处于良好的弹性工作状况。

测点在控制荷载工况作用下的相对残余变位(或应变)Sp/St越小,说明结构越接近弹性工作状况,一般要求Sp/St值不大于20%。当Sp/St大于20%时,应查明原因,如确系桥梁强度不足,应在结构评定时酌情降低桥梁的承载能力。

主要测点在控制荷载工况作用下的横向增多系数ζ,反映了桥梁结构荷载横向不均匀分布的程度及横向联结的工作状况。

根据动载试验成果,当动载试验效率ηd接近1时,不同车速下实测的冲击系数最大值可用于结构的强度及稳定性验算。

3.2 结构强度及稳定性分析

当荷载试验项目比较全面时,采用荷载试验主要挠度测点的校验系数η来评定结构强度和稳定性。为了评定的需要可借用《公路旧桥承载能力鉴定方法(试行)》中荷载试验后的旧桥检算系数Z2,要对桥梁结构抗力效应予以提高或折减后验算。

对于桥梁,根据《公路旧桥承载能力鉴定方法(试行)》采用Z1值检算不符合要求,但采用Z2值根据公式检验符合要求时,可评定桥梁承载能力满足检算荷载要求。

3.3 结构刚度分析

试验荷载作用下,主要测点挠度检验系数η值应不大于1。各点挠度不超过《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》(JTJ 022-85)、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ 023-85)和《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ 025-86)规定的允许值。

3.4 结构裂缝分析

对于旧桥,试验荷载作用下绝大部分裂缝宽度应不大于表1规定的允许值,荷载试验后所有裂缝应不大于表1规定的允许值。

4 混凝土桥梁损伤评估

在役桥梁的检测与损伤识别在20世纪50年代被提出。检测方法主要有局部检测、表现检查、静载和动力特性试验等。这些结构检测方法和评价体系指导了桥梁结构检测与评价,在工程实践中发挥了相当大的作用,但仍需要完善和补充。

桥梁加固可以采用多种形式,如加大截面加固法、体外预应力加固法、外部粘钢加固法和粘贴碳纤维加固法、喷锚混凝土加固法、改变结构受力体系加固法等,这些方法各有优缺点,都能达到加固目的。

5 工程实例

5.1 桥梁概述

某立交桥全长734.17m,宽度为20m,机动车道宽度为16m,两侧人行道各宽2m,主桥为30m预应力混凝土T梁,桥墩为4根直径为1m的钻孔灌注桩。引桥全长为674.17m,全部为跨径20m的T梁。桥墩部分为钻孔灌注桩。桥梁环岛为直径72m的空中转盘,东西引道740m,南北引道为120m。环岛西侧设有人行折线梯两座。

5.2 现场检测测试可靠性评估分析

根据桥梁在实验荷载作用下对该桥的主要承重梁的刚度进行可靠性分析,对桥梁主承重梁的挠度测试并进行可靠度分析。

将一辆载重为35t的汽车作为荷载进行测试。为了尽量消除各种环境因素的影响,那么采用同一时间,相同的环境下进行实验,采用多次测试数据并进行统计分析。假设所得数据符合正态分布,则uf=15.7mm,σ${}_{\text{f}}^2$=4.26,根据桥梁极限设计原理及规范,按照可靠度为95%的取值可得极限值uR=33mm,σ${}_{\text{R}}^2$=2.45。那么安全裕度方程:

Z=(R,f)=R-f (7)

此方程属于改进一次二阶矩法的两个随机变量的情况,故极限状态曲面可化为极限状态曲线,将其化简:

$\text{U}{}_{\text{f}}=\frac{\text{X}{}_{\text{f}}-\text{u}{}_{\text{x}\text{f}}}{\text{σ}{}_{\text{f}}},\text{U}{}_{\text{R}}=\frac{\text{X}{}_{\text{R}}-\text{u}{}_{\text{X}\text{R}}}{\text{σ}{}_{\text{R}}}(8)$

可在Uf、UR平面做出极限状态Z=f-R的直线如图1。原点到直线距离$\overline{\text{Ο}\text{Ρ}}$为可靠性指标[4]。

$\text{β}=\frac{\text{μ}{}_{\text{X}\text{R}}-\text{μ}{}_{\text{X}\text{f}}}{\sqrt{\text{σ}{}_{\text{f}}^2+\text{σ}{}_{\text{R}}^2}}(9)$

当β=6.7则失效概率小于10-5,认为可靠。

5.3 桥梁静、动荷载试验

本桥静荷载试验利用车辆荷载加载,加载卸载采用分级递加和递减。主要观测内容:

(1)控制截面最大应力(应变)值及其随荷载的变化规律;

(2)在各级试验荷载作用下的最大竖向挠度及挠度沿桥轴线分布曲线;

(3)初始裂缝的位置,裂缝的长度、宽度、间距与方向的变化及卸载后裂缝的闭合情况;

(4)在试验荷载作用下,支座的压缩或支点的沉降,墩台的位移与转角。

确定冲击系数和动力参数时,挠度测点布置取S20-5梁跨中为测点,以试验荷载(重车)四种不同速度过,记录跨中挠度值。得到桥梁的固有动力特性和重车过桥最大冲击时频率。取实验车辆在桥上不同车速行驶4次,取驶在跨中应变数值。

本次测试冲击系数与2002年测试相比,均有下降趋势。且挠度下降较快,其测试最大值:

f=6.5mm≤L/600=3.3cm

但:$\text{f}\ge \frac{\text{Ρ}\text{L}{}^3}{48\text{E}\text{Ι}}$,即η≥1,说明桥梁刚度安全储备不足。

通过测试分析,桥梁固有频率、刚度随时间增加有逐渐减小趋势,其竖向刚度降低较快。由于桥梁部分支座已破坏,重车数量较以前明显增加,内部混凝土出现疲劳,产生了塑性变形,大大降低了桥梁刚度。

6 结论和建议

在役桥梁的承载力判定和可靠性评估都是建立原有结构试验检测基础上进行可靠性评估,大多没有解决所要得到的桥梁结构全程破坏各项指标参数。由于许多实际条件的约束使得桥梁结构不能在损伤的状态下进行检测和可靠性评估,因此要得到桥梁结构全程破坏的各项参数进而进行损伤的评估是目前结构工程界在实际工程中难以解决的问题。

(1)桥梁结构振动是影响桥梁使用与安全的重要因素之一。桥梁检测是消除交通安全隐患,测试桥梁承载能力的有效途径,是获得桥梁实际工作状态的唯一方法。

(2)在桥梁检测中,采用实桥荷载试验来评定旧桥的承载能力和安全度。特别是针对那些缺乏原始设计资料和图纸的旧桥,用荷载试验方法来确定承载力是切实可行的方法。

(3)桥梁结构静载和动力特性试验是对桥梁结构工作状态进行直接测试的一种检定手段,是对桥梁结构性能的最直观、最可靠的检测方法,但高灵敏度的损伤识别指标、传感器优化布置、误差分析等问题需进一步研究。

参考文献

[1]宋一凡,公路桥梁动力学[M].人民交通出版社,2002.9.

[2]杨文渊.桥梁维修与加固[M].北京:人民交通出版社,1997.6.

[3]邓兴,等.钢筋混凝土桥梁检测与损伤识别[J].石家庄铁道学院学报,2004.

桥梁承载能力评估 篇4

1 基于实桥调查的经验方法

1.1 经验系数法

经验系数法是以桥梁原有设计荷载等级为基础,同时考虑损伤程度、材料老化程度、桥面行驶条件、实际交通情况、桥梁建造使用年限等因素,折算求出桥梁承载能力的方法。桥梁承载能力由下式求得:

P=P0K1K2K3K4 (1)

其中,P为被鉴定桥梁的承载能力;P0为被鉴定桥梁的基本承载能力,即原设计承载能力;K1为残存承载能力系数,根据桥梁结构损坏程度、材料老化程度而定;K2为桥面行驶条件好坏的系数;K3为反映实际交通情况的系数;K4为桥梁建造使用年限系数。

该方法的特点是应用简便,各系数由评定者根据现场情况决定。其关键问题是确定各种系数,系数的建立必须经过广泛的调查研究,故其适用性有所限制,计算结果较为粗糙。

1.2 经验公式法

以验算桥梁主要受力构件的断面尺寸进行评定的方法,称为经验公式法。其原因是这种方法大多情况下都有经验公式或近似公式可用。对于一般的梁式桥,经验公式法中,其断面尺寸验算可按主梁控制计算的实际截面尺寸计算,按下列公式估算桥梁承载能力的大致鉴定系数:

${\rm K}=\frac{{\rm M}{}_j-{\rm M}{}_d}{{\rm M}{}_h}$ (2)

其中,Mj为按照实际断面尺寸计算的截面承载能力;Md为按实际断面计算的恒载内力;Mh为计算标准车辆产生的活载内力(包括冲击力)。

鉴定系数不小于1.0,表示可以安全通过。很明显,该方法比较简便,但只能用于初步估计桥梁的承载能力。该方法的缺点是不能考虑桥梁存在的各种各样的缺陷,也就是说,该法对于既有桥梁的实际承载能力较难评定。但是,如果用该方法评定承载能力的结果与实际承载能力相差10%以内,则该方法还是可行的。

2 荷载试验方法

2.1 静载试验法

静载试验法是通过在桥梁结构上施加与设计荷载或使用荷载基本相当的外载,利用检测仪器,测试桥梁结构的控制部位与控制截面在荷载作用下的应变、挠度变形、裂缝及开展情况、横向分布系数、墩台变形等特性变化,将测试结果与结构理论计算值及规范的允许值作比较,从而评定出承载能力。

静载试验法具有直观、可靠的特点,是其他方法所不能及的,但也并不能替代常规评定方法,而只能视为获取信息的手段和分析方法的补充。其原因是该法规模大,试验费用高,方法难以普及,可能引起结构严重损伤,影响正常交通。

2.2 动载试验法

动载试验是通过桥上汽车的跑车、跳车、刹车动荷载或稳态、瞬态等方式的激振荷载作用,使用检测仪器,测试桥梁结构上各控制部位的频率、振幅、阻尼及冲击系数等动态参数,分析这些测试结果并与相应的计算值或经验值相比较,进而评定承载能力。

尽管目前已有这方面的文献资料,但由于旧桥结构存在质量和边界条件等难以精确确定的问题,加之试验资料的积累相对缺乏,桥梁结构的动态工作机理还未得到彻底揭示,因而直接寻找桥梁结构动力特征与其承载能力的关系比较困难。

3 设计理论法

该方法是指基于桥梁设计规范,根据实测材料性能、结构几何尺寸、支承条件、外观缺陷及通行荷载,按照桥梁结构的设计计算理论来评定承载能力。桥梁设计规范是指导桥梁设计的标准,这一标准基于工程力学、结构试验和工程经验,且不断充实和完善。因此,利用桥梁设计规范的计算理论来分析既有桥梁承载能力的方法,具有坚实的理论基础并得到广泛的应用。目前许多国家都趋向于以“鉴定系数”来评价承载能力,其一般表达式为:

${\rm K}=\frac{R-G}{S}$ (3)

其中,K为鉴定系数;R为构件承载能力;G为恒载内力;S为标准车辆的活载内力。

各国规范对于材料的设计强度、荷载横向分布、冲击系数等规定不同,因此式(3)的具体形式和涉及到的计算系数取值各异,所得的鉴定系数也不相同。

我国交通部试行的“公路旧桥承载能力鉴定方法”对承载能力检算基本按现行设计规范中的方法进行,钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构检算公式如下:

Sd(γgG;$\gamma {}_{q}Q)\le \gamma {}_{b}R{}_d\left(\frac{R{}_c}{\gamma {}_c}；\frac{R{}_s}{\gamma {}_s}\right){\rm Z}{}_1$ (4)

其中,Z1为旧桥检算系数,根据桥型和桥梁的实际状况的优劣确定。试行标准中给出了拱桥和梁桥的Z1值表,但Z1仍根据桥梁外观由鉴定人员选定,因各人经验不同,Z1的选择会有较大的差别。

其他国家如英国1984年提出了专用的桥梁评估规范,其中给出了桥梁承载能力评估的一般原则,即:

RA=FcR* (5)

其中,RA为承载力的评定值;R*为计算的承载能力;Fc为状态系数;R*根据实测材料强度和截面特性确定,Fc根据桥梁的缺陷进行估计。

日本在评定钢筋混凝土桥梁的抗弯强度时,混凝土的强度采用实测数值,对于有损伤的桥梁,其断面惯性矩减少的原因是由于钢筋锈蚀、施工质量差、有效宽度的计算误差和裂缝等引起的。因此必须先求出含筋量与有效宽度和截面惯性矩之间的关系,然后根据截面惯性矩的评估值求出含筋量与有效宽度,进而求出抗弯破坏强度。

4 等代荷载判别法

采用等代荷载法可比较迅速的判别超限车辆过桥的可能性,是一种比较实用的方法。这一方法就是在同一跨径(或荷载长度)用同一种影响线分别计算出超重车和标准车的等代荷载,将两者进行比较,以判别超限车辆能否安全通过桥梁或桥梁是否需进行加固。在超限车运输要求时间紧、计算量大的情况下,可采用该方法进行粗略判断。这要求在验算时对桥梁的实际载重能力作切合实际的评价,对其承载能力作切合实际的评价。

5 实际荷载验算法

实际荷载验算法就是利用超重车辆产生的构件最不利组合与标准荷载作用下的最不利内力组合进行比较判别的方法。在此方法验算中,应考虑超限车过桥时的各种管制措施,主要考虑行驶的横向位置及不允许其他活载同时作用。由于超限车过桥不变速、不制动及限速5 km/h的要求,因此在计算时可不记入冲击力影响。在验算判断桥梁能否通过超限车辆,须按超限车辆的纵向最不利位置算出结构的最不利内力值,并考虑横向分布的影响,然后再与桥梁标准荷载产生的内力进行比较判别。

6 非线性理论法

上述方法都是依靠桥梁的外观检查和简单的力学计算,进而评定既有桥梁的承载能力,实际上仅仅如此是不够精确的,而应该根据桥梁结构形式、建筑材料、设计和施工技术资料以及既有桥梁的损伤状态,综合考虑桥梁结构在一系列荷载作用下的变形过程所呈现的几何非线性和材料非线性性质,才能在进行合理而又系统的计算之后,对其承载能力(或极限承载能力)作出比较切合实际的评定。采用非线性理论对既有桥梁进行承载能力评定,无疑是比较精确的方法。如果采用的各种材料的本构关系能够比较符合实际,对既有桥梁的缺陷考虑得充分,则这种方法是大有前途的。它不但能对既有桥梁的承载能力(或极限承载能力)进行分析,对于新建或设计的桥梁结构都能进行全过程分析。不足之处是该法比较复杂,无论是在理论上还是在实际应用上,相对于前述的各种方法都困难。目前,用非线性理论计算进而评定桥梁承载能力的方法尚不成熟。

7 结语

基于上述各种旧桥承载力评定方法,都可对承载能力进行评判,但在具体的实际工程中,鉴于工期、资金等相关问题的制约,往往会采用1～5所涉及到的方法,但该类方法精度不够精确,能勉强满足工程需要,随着计算机水平及设计理论的发展,非线性理论方法将更广泛的应用于旧桥加固,工程可靠性得到较大程度保证,并能在一定程度上节省工程造价。

参考文献

[1]邹立金,王皆可.用车载试验检测旧简支使用承载力的探讨[J].重庆交通学院学报,1989(1):15-16.

[2]刘德琛,邢松歧,傅光明.动力法取代静力法进行桥梁结构试验探讨[J].公路,1994(2):25.

[3]贾海英,王淑萍.超重车辆过桥承载能力的验算方法[J].黑龙江交通科技,2004(3):38.

桥梁承载能力评估 篇5

某桥位于山东省境内,于1985年建成通车。该桥跨径为10～13 m,结构为空心板简支,桥面连续。桥总长138.88 m,桥面总宽为12.6 m,桥面布置为1 m+2×5 m+1 m。上部结构采用C30混凝土整体现浇空心板,下部结构为U形桥台扩大基础,柱式墩桩基础,混凝土强度C25。设计荷载标准为汽-20,挂-100。

该桥建成通车至今,已运营近30年,由于该桥车流量逐年增大,主要材料的性能已出现不同程度损坏。受当地市政管理局委托,为评定该桥能否满足现有荷载等级(公路I级)的要求,对大桥进行了承载能力检测,并依据《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/TJ21-2011)要求,通过承载能力修正系数的确定与计算,对检测后的桥梁承载能力进行了评价与修正。基于承载力修正结果,对不满足现有交通荷载的部位进行了针对性加固。

2 桥梁检测结果

2.1 外观检查

通过对桥梁各个构件外观检查,发现桥梁存在以下损坏。

(1)桥面。

该桥面采用水泥混凝土面板铺装,其桥面板外观均有横向、纵向和斜向裂缝,部分横向裂缝贯通桥面,裂缝的最大宽度大于2 mm。桥面全部受到不同程度磨损,骨料外露;桥梁伸缩缝均被泥沙堵塞,失去了伸缩作用;桥梁两侧泄水孔均被杂物堵塞,失去了排水功能;栏杆整体状况较差,普遍存在混凝土开裂、破损,钢筋外露、锈蚀现象,个别区段内栏杆断裂、缺失;左右两侧人行道板均有大量横向裂缝,路缘石有破损现象。

(2)桥梁上部结构。

采用单跨整体现浇钢筋混凝土空心板梁,每跨空心板底面均有大量横向、纵向和斜向裂缝,个别部位有网状裂缝,裂缝最大宽度为0.231 mm;空心板侧面均有竖向裂缝,最大裂缝宽度为0.214mm。

(3)桥梁下部结构。

大部分桥梁墩柱有竖向和环向裂缝,裂缝最大宽度为2.114 mm;个别桥墩基础有冲刷、露筋及缩颈等现象。

2.2 桥梁病害重点项目检测

依据《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/TJ21-2011)要求,选择了混凝土强度、钢筋混凝土保护层厚度、碳化深度和钢筋锈蚀项目进行了检测,各项目按构件的30%进行抽检,检测结果如下所述。

2.2.1 混凝土强度

台帽、盖梁混凝土设计强度为25MPa,最小平均换算强度为23.61MPa,最小推定强度为20.08MPa;墩柱混凝土设计强度为25MPa,最小平均换算强度为22.72MPa,最小推定强度为21.05 MPa;空心板混凝土设计强度为30MPa,最小平均换算强度为27.55 MPa,最小推定强度为24.33MPa。依据《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/TJ21-2011)的相关规定(表1),桥梁各构件的评定标度按测试结果的最差状况进行评定,混凝土强度的评定标度为3。

表1中,,Rit为混凝土实测强度推定值,R为混凝土设计强度;,Rim为混凝土测区平均换算强度;Rit=Rm-1.645σ,σ为每10个测区的混凝土强度标准差。

2.2.2 钢筋混凝土保护层厚度

台帽、盖梁的钢筋混凝土保护层厚度设计值为35mm,实测值的最小特征值为12.95 mm,实测值与设计值的比值为0.37;墩柱的钢筋混凝土保护层厚度设计值为35 mm,实测值的最小特征为19.10 mm,实测值与设计值的比值为0.55;空心板的钢筋混凝土保护层厚度实测值的最小特征值为36.20 mm,实测值与设计值的比值为0.88。依据《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/TJ21-2011)的相关规定(表2),桥梁各构件的评定标度按测试结果的最差状况进行评定,混凝土保护层厚度评定标度为5。表2中Dne为钢筋保护层厚度特征值;Dnd为钢筋保护层厚度设计值。

2.2.3 碳化深度

台帽、盖梁的实测最大碳化深度值为15.8 mm,与实测平均混凝土保护层厚度值22 mm的比值为0.72;墩柱的实测最大碳化深度为16.5 mm,与实测平均混凝土保护层厚度值30 mm的比值为0.55;空心板实测最大碳化深度为15.3 mm,与实测平均混凝土保护层厚度值26 mm的比值为0.58。依据《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/TJ21-2011)的相关规定(表3),桥梁各构件的评定标度按测试结果的最差状况进行评定,碳化深度的评定标度为2。表3中Kc为碳化深度平均值与实测混凝土保护层厚度的比值。

2.2.4 钢筋锈蚀

台帽、盖梁钢筋锈蚀测点中,电位差介于-100～-200mV的测点数占总测点数的64%,为主要锈蚀电位水平;墩柱钢筋锈蚀测点中,电位差介于-200～-300mV的测点数占总测点数的46%,为主要锈蚀电位水平;空心板钢筋锈蚀测点中,电位差介于-200～-300mV的测点数占总测点数的32%,为主要锈蚀电位水平。依据《公路桥梁承载能力评定规程》(JTG/TJ21-2011)的相关规定(表4),桥梁各构件的评定标度按测试结果的最差状况进行评定,钢筋锈蚀的评定标度为2。

3 承载能力修正系数的确定

3.1 承载能力检算系数(Z1)的确定

综合考虑桥梁或构件表观缺损状况、材质强度和固有模态等检测评定结果,确定构件技术状况评定值D。

通过检测,空心板的表观缺损情况和混凝土强度评定标度为3。由于该桥跨径较小,未对桥梁的自振特性进行测量,根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/TJ21-2011)的规定,未进行测试的项目其评定标度取1,结构检测指标的评定值D见表5。计算得技术状况评定值D=3×0.4+3×0.3+1×0.3=2.4。

依据《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/TJ21-2011)的评定办法,确定空心板的承载能力检算系数Z1=1.06 (表6)。检算系数Z1根据可按承载能力检算系数评定标度D线性内插。

3.2 承载能力恶化系数(ξe)的确定

对于钢筋混凝土结构,根据结构表观状况、构件材质强度、钢筋锈蚀电位、混凝土碳化深度、钢筋混凝土保护层厚度等检测评定结果,采用考虑各检测指标影响权重的综合评定方法,计算构件的承载能力恶化状况评定值E(表7)。由于钢筋锈蚀电位评定值较小,未对混凝土电阻率进行测试,混凝土电阻率评定标度值取1。桥梁位于内陆,桥梁受氯盐侵蚀可能性较小,也未对该项进行测试,混凝土中氯离子含量评定标度取1。

计算得出桥梁构件的恶化状况评定值=2.53。根据恶化评定值E和《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/TJ21-2011)的评定办法(表8),确定桥梁承载能力恶化系数ξe=0.086。

3.3 截面折减系数(ξc、ξs)的确定

桥梁承载能力的修正还应考虑由于材料风化、碳化、物理与化学损伤引起的结构构件有效截面损失(ξc),以及由于钢筋腐蚀剥落造成的钢筋有效截面的损失(ξs),对结构截面抗力效应的影响。

根据现场外观检查情况,该桥混凝土用手搓构件表面,有砂粒滚动摩擦的感觉,手掌上附着物大多为构件材料粉末,砂粒较少。构件表面有砂粒附着明显或略显粗糙,材料风化评定标度值为2;碳化深度评定标度值为2;构件表面剥落面积在5%以内,发生在表层,物理与化学损伤评定标度值为2。根据以上各检测指标所给出评定标度值,计算得到构件截面损伤的综合评定标度R见表9。

根据截面损伤的综合评定值R=2×0.10+2×0.35+2×0.55=2,查表10得出截面折减系数ξc=0.98。

钢筋的截面折减系数ξs值的确定:钢筋锈蚀引起混凝土剥落,钢筋外露、表面有膨胀薄锈层或坑槽,评定标度值为3,根据现场检查情况,查表11取钢筋截面折减系数ξs=0.92。

3.4 活荷载影响修正系数ξa的确定

通过实际调查该大桥12 h通过车辆,推算出日交通量为1730辆,二轴车占52%,三轴车占47%,五轴车占0.5%,六轴车占0.5%。按《公路工程技术标准》(JTG/B01-2003)二级公路适用的日平均交通量为5000～10000辆。重载交通桥梁的典型代表交通量、大吨位车辆混入率α<0.3,轴荷分布β<5%。根据表12中各系数的取值,按下式确定活荷载影响修正系数ξa:

综上所述,承载能力修正系数为0.87。

式中:ξq为活荷载影响修正系数;ξq1为对应于交通量的活荷载修正系数;ξq2为对应于大吨位车辆混入率的活荷载影响修正系数;ξq3为对应于轴荷分布的活荷载影响修正系数。

4 桥梁承载能力计算

4.1 空心板计算参数

桥梁空心板采用C30混凝土,长13 m,宽12 m,空心板截面几何尺寸见图1。桥梁的荷载等级为汽-20、挂-100,人群荷载为3.5 kN/m2,桥面为水泥混凝土桥面铺装、护栏及人行道板等二期恒载折合成荷载为37.80 kN/m。

4.2 承载力计算

采用梁格法对结构进行离散。将空心板划分为12道纵梁,梁间距1m;12道虚拟横梁,间距是1.3m,梁截面尺寸见图2。采用软件建立空间梁格计算模型,纵梁共划分168个单元,横梁共划分143个单元。

4.3 计算结果按以下工况进行组合

荷载组合Ⅰ为自重+人群荷载+汽车(2车道);荷载组合Ⅱ为自重+挂车;荷载组合Ⅲ为自重+温度应力。各工况荷载作用下,桥梁各控制截面内力及抗力见表13。

从表13中数据可以看出,桥梁结构的承载力在修正前,抗力均大于各工况组合下荷载效应值,但在修正后2号梁至11号梁的弯矩抗力小于荷载组合Ⅰ、Ⅱ的荷载效应值,3号梁至11号梁的剪力抗力小于荷载组合Ⅱ的荷载效应值,所以应对桥梁进行抗弯和抗剪加固,以提高桥梁的安全性。

注:抗力修正方法为抗力值乘以承载能力修正系数

(a)左边梁;(b)中梁;(c)右边梁;(d)虚拟横梁截面

5 桥梁加固

5.1 抗弯加固

由于桥面存在磨损较为严重,多处开裂及骨料外露等情况,采用将桥面铺装重铺并加厚的措施加固桥梁,该桥梁加固措施既增加了桥梁的抗弯承载力,又在加固桥梁的同时修补了桥面病害。

5.2 抗剪加固

该桥在建设时,为防止芯模底部混凝土浇筑不密实,空心板现浇施工采用分批浇筑混凝土,即先浇筑芯模底部混凝土,再安装芯模,然后浇筑腹板及顶板混凝土。由于底板混凝土和腹板混凝土是分批浇筑,且该连接处未设抗剪钢筋,使两者连接处成为空心板的薄弱环节,此在腹板和底板间形成1条水平施工缝(图3),空心板底板与腹板易发生受剪开裂,至使空心板与底板脱离出现病害(图4)。

为了提高空心板支座附近区域的抗剪承力,并且防止空心板底板与腹板出现受剪开裂、脱开等现象,在空心板两端1/4跨径至支座区域内每隔一定间距,从桥面打孔布置环向箍筋,对桥梁进行抗剪加固,桥梁加固示意见图5。

6 结束语

基于桥梁的检测结果,应用《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/TJ21-2011)所规定的方法对现有桥梁的承载能力进行评估,并得到桥梁发生病害后承载能力的修正系数。对桥梁进行数学建模、分析,通过对桥梁承载能力的修正,可准确评价桥梁是否能满足现有交通荷载的要求。根据修正后桥梁的承载能力,对桥梁采取了有针对性的加固措施,既保证了桥梁的结构安全,又可使加固维修基金的使用具有较强的经济性。

参考文献

[1]JTG D60—2004,公路桥涵设计通用规范[S].

[2]JTG D62—2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[3]JTG B 01-2003,公路工程技术标准[S].

[4]JTG/T J21—2011,公路桥梁承载能力检测评定规程[S].

[5]E.C.汉勃利.桥梁上部构造性能(英)著[M].北京:人民交通出版社.

[6]陈亚亮,缪锋.公路桥梁承载能力评定方法的探讨[J]福建建筑,2012,10.

桥梁承载能力评估 篇6

1.1 钢—混组合桥梁工作原理

钢—混凝土组合桥梁就是利用钢与混凝土两种材料在运行时期的不同受力特性来有效的提高桥梁的整体承载能力。桥梁承载过程中, 钢体能够对混凝土起到一定的约束作用, 提高混凝土的强度, 同时也间接提高了混凝土的塑性和韧度;同时, 在混凝土的保护下, 一方面避免了钢筋受到侵蚀而降低强度, 另一方面也避免钢体过早的发生局部屈曲, 从而使得钢体性能得到有效的发挥, 钢体与混凝土共同达到受力, 提高了桥梁的承载能力。

1.2 钢-混组合桥梁的特点

根据上述分析可知, 钢—混凝土组合桥梁具备以下特点:

(1) 桥梁承载能力得到显著的增强。由于钢体的存在, 使得混凝土三向受压, 改变了混凝土的受力性态, 提高了其承载力, 同时混凝土也保证了钢管的局部稳定性, 两者共同受力提供了桥梁的稳定性;

(2) 提高桥梁的塑性和韧性。钢体具有良好的延展性及抵抗大变形的能力, 而混凝土仅仅具有较好的抗压性能, 抗拉及抗弯性能差, 通过钢筋与混凝土的搭配, 在一定程度上提高了混凝土的抗变形能力, 有利于桥梁的稳定性, 尤其在动荷载的影响下。

(3) 钢—混凝土构件也具有良好的耐冲击力性能;

(4) 提高了桥梁的经济性。混凝土的价格要比钢材低很多, 通过理论分析与实践验证能够发现, 采用钢混结构的桥梁要比单纯采用钢结构的桥梁费用低50%左右。

2 大跨度钢-混凝土组合桥梁承载能力分析方法

2.1 极限承载力理论

当结构在一定的荷载影响下而造成其部分功能或完全无法满足使用功能的时候, 这种状态称之为结构的极限状态, 可以细分为承载能力极限状态和正常使用的极限状态。其中, 前者是指结构丧失了继续承载的能力, 后者是指结构无法满足正常使用的状态, 结构承载能力的详细分析对于保证结构的安全运营具有重要的作用, 是结构设计的基础分析, 对于桥梁结构通过分析能够初步确定出桥梁的最危险荷载以及发生破坏的形式和发展规律, 从而留出安全裕度, 保证运行过程中安全性。

2.2 承载力分析的相关理论及方法

承载能力的分析重点是对于结构是否稳定的分析, 是结构分析的重要组成部分, 随着我国在结构领域的新技术、新材料的不断应用, 大跨度的桥梁以其优越性得到广泛的发展, 而大跨度结构所具有的几何特性以及材料非线性特征使得其承载力往往由稳定性所控制。其失稳破坏往往没有任何征兆的是突然性的破坏, 这使得桥梁一旦失稳将可能造成重大的人员伤亡及财产损失, 因此, 采取严格的方法对桥梁承载里进行分析具有重要的现实意义。

2.2.1 稳定分析理论

结构的失稳一定是在一定的外力作用下发生的, 在外力如强风、地震以及车载偏压等影响下, 导致结构的受力突然增大发生或局部受力不均衡, 从而使得结构发生失稳、破坏的情况, 一般来说, 根据失稳性质的不同可以分为第一类稳定和第二类稳定。第一类稳定问题即受压构件轴向压力达到临界值时, 受力平衡仍有可能成立, 这与第二类稳定问题即受弯平衡有较大关系, 结构从加载开始就在弯矩较大的方向或者存在潜在缺陷的地方产生一定的侧向变形, 结构在加载前可能保持一定的平衡, 但随着加载的持续, 使得结构变形持续增大, 当结构发生塑性破坏后, 变形突然增大, 即使荷载不变, 结构也将很快出现失稳, 使结构达到塑性破坏时的荷载即为极限荷载。严格的说, 由于结构在一开始制作过程中必然存在的安装方面的误差、荷载结构受力的不同以及材料天生的缺陷, 从而第一类稳定是不可能存在的, 所以, 结构的失稳一般是指第二类稳定问题, 此时的失稳荷载即为结构的极限承载力。

2.2.2 非线性屈曲分析

钢—混凝土组合桥梁的稳定性分析有三种方法:特征值屈曲分析、几何非线性屈曲分析、双重非线性屈曲分析。

(1) 特征值屈曲分析。特征值屈曲分析主要针对的是理想的弹性结构体所采用的分析方式, 在分析过程中无法考虑材料的非线性影响以及荷载对他的初始扰动问题。但实际结构中必然存在缺陷和非线性的影响, 因此, 特征值屈曲分析的分析结果偏于保守。

(2) 几何非线性屈曲分析。对于大跨度的钢混组合桥梁, 当荷载逐渐增大时, 结构的变形也必然随之增大, 当荷载达到一定值后, 结构能够承受的变形达到最大, 此时, 即使较小的荷载也会使得结构出现大变形并破坏, 这时结构到的变形即为非线性的变形问题, 必须采用几何非线性屈曲分析进行研究。

(3) 双重非线性有限元法。钢混组合桥在经受超荷载作用时, 可能会在局部产生超限的问题, 局部的损失最终可能会导致整个结构的破坏。当应力超过弹性极限后, 即为材料的非线性问题, 这时分析中既要考虑非线性的本构方程同时也靠考虑本线性的几何方程, 在两者同时引入到分析中, 建立比线弹性和材料非线性本构方程更为广泛的双重非线性本构方程, 双重非线性本构方程更加符合桥梁发生破坏前的受力特征, 使得分析具有更高的准确性。

结语

大跨度钢—混凝土组合桥梁的承载力分析时近年来工程界的热点问题, 由于结构的复杂性, 也使得该问题具有很高的难度, 采用数值分析方法对其进行分析是一种有效的手段, 通过对承载力分析的相关理论的研究, 能够为数值分析提供一定的基础, 加强理论方面的研究有利于推动数值方法的更进一步发展。

参考文献

[1]项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京:人民交通出版社, 2002.

某双曲拱桥承载能力检测与评估 篇7

关键词：双曲拱桥,承载能力,检测评定,校验系数

近年来随着公路交通量的迅速增加,车辆载重也在不断增大,超载现象随处可见,为保证桥梁结构的运营安全,对桥梁的实际状况做出合理评估,准确检测评定桥梁承载能力是公路桥梁养护工作中急需解决的问题。

1988年交通部颁布了《公路旧桥承载能力评定方法(试行)》,采用调查和结构检算方法,通过荷载试验对桥梁的承载能力进行评定。这一方法在过去的十多年中,对我国的桥梁承载能力评定起到了重要指导作用。该方法主要针对桥梁的表观质量状况进行分析,并据此给出检算系数(Z1),用于结构检算分析。随着桥梁检测技术的发展应用,大量的桥梁检测数据如何准确地应用到桥梁承载能力评定工作中,仅依据《公路旧桥承载能力评定方法(试行)》根本无法实施。

2011年,交通部发布了《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011),规程较全面地考虑了现有的桥梁检测方法手段及其检测成果在桥梁承载能力评定中的应用,并注重将桥梁检查工作与现行养护规范相衔接。检算系数(Z1)的确定影响因素既考虑了结构构件的表观质量,也考虑了结构的振动特性及强度等指标。针对不同种类的桥梁考虑具体的检测结果,分别引入承载力恶化系数、截面折减系数和活载影响修正系数,用于修正结构构件的承载能力检算结果,使承载能力评定结果更能反映桥梁的实际状况。

以某双曲拱桥结构检测试验为依托,按照《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)的方法和要求对大桥进行承载能力检测及评估。

1 工程概况

某双曲拱桥修建于70年代初期,为3×70m双曲拱桥,其中双曲拱桥横向共8片拱肋,每跨设置15道横隔板。下部结构为重力式混凝土桥墩,桥墩基础直接浇注于微风化基岩上。大桥主拱净宽为10.7m,桥面宽12.5m,两侧各设置1.75m宽的人行道,桥面为双向两车道设计。设计荷载标准为汽-13、拖-60级荷载,1973年建成通车,投入运营已达40年。2006年大桥经历过一次大洪水,再加上近年来大量超重货车从该桥通行,给桥梁和行人的生命财产安全带来极大隐患,为此,准确检测评定大桥的承载力,并对其实际技术状况做出评估十分重要。

2 桥梁技术状况评定

2.1 现场检查结果

大桥近年来进行了桥面系改造,目前桥面人行道、栏杆及灯柱状况良好,排水设施存在轻微堵塞。由于长期的大吨位超载车辆行驶,混凝土桥面铺装存在较多裂缝,且以纵向通长裂缝为主,长度大部分为5~30m。

大桥于2006年经过一次大洪水,经检测发现,横隔板上有许多洪水过后堆积的杂物,如较大的木头、树枝等;拱波及腹拱有多处修补痕迹,部分修补处仍存在漏浆、渗水现象,且拱波存在较多通长裂缝,长度大部分为2~20m、宽度为0.25~3.00mm,并伴有渗水和漏泥浆现象。拱肋出现轻微的露筋、麻面等现象,腹拱横墙也可以发现露筋锈蚀及渗水痕迹。

大桥下部结构(水面以上部分)整体状况较好,现场检测中并未发现明显的结构性病害。

2.2 桥梁技术状况评定

根据检测结果,依照《城市桥梁养护技术规范》(CJJ99-2003)的评分要求,大桥BCI=76.0,技术状况为C级,专项检测后进行保养和小修。

3 承载力检算评定

桥梁静载试验以前,应根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)的要求,对桥梁结构进行检算评定。参考现有的设计养护资料,对此次外观、无损检测结果和桥梁实际运营荷载状况进行调查,确定以下检算技术参数及分项检算系数:

1)检算荷载:汽-13,挂-60;

2)人群荷载:q=2.9kN/m2;

3)温度荷载:根据惠州地区历年以来的温度情况,检算温升取23℃,温降取15℃,根据以往资料及经验,预计桥梁施工时的合拢温度为15℃;

4)混凝土收缩:混凝土收缩影响相当于降温15℃;

5)承载力检算系数Z1=1.13;

6)承载力恶化系数ξe=0.05;

7)截面折减系数ξc=0.95;

8)钢筋截面折减系数ξs=0.98;

9)活载影响修正系数ξq=1.236 4。

根据《评定规程》中的式(1),对本桥的承载能力进行评定,即

根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004),按承载能力极限状态设计时的基本荷载效应组合(即上式左侧的荷载效应)为

对于大桥双曲拱主要受力构件主拱圈,可根据《公路圬工拱桥设计规范》(JTG D61-2005)中公式(4.0.5),按小偏心受压构件检算其抗压承载力

由以上各式和有限元计算分析,得到大桥在检算荷载和温度荷载组合下的主拱圈轴力荷载效应、抗力(已考虑劣化修正)及对比结果,如表1~表4所示。

由以上的检算结果可知,大桥4#、5#和6#跨拱顶截面在检算荷载+温度荷载组合作用下,作用效应与抗力效应的比值大于1.0,且小于1.2,根据《评定规程》第3.2条规定,应通过荷载试验进一步评定该桥梁的承载能力。

4 静载试验

4.1 试验计算分析

为合理进行静载试验,加载计算采用大型有限元专用程序MIDAS/Civil进行,根据设计荷载下的计算分析结果,进行原桥检算,同时确定加载截面位置,并进一步确定测点布置,全桥有限元模型如图1所示。

4.2 静载试验工况

根据大桥的受力特点,本次静载试验的加载工况如图2所示。

1)工况一:拱脚最大负弯矩(A截面);

2)工况二:L/4拱最大正弯矩(B截面);

3)工况三:拱顶最大正弯矩(C截面)。

4.3 静载试验测点布置

静载试验主要测试桥梁结构的应力(应变)及变形(挠度)。A、B、C截面的布置应变测点如图3所示,每个拱肋底部布置1个应力测点,第二个拱肋顶部布置2个应力测点3cm。挠度测点布置,采用电子高精度电子水准仪测量每个拱肋对应的桥面处变形来反应拱肋变形。

4.4 静载试验测试结果

4.4.1 挠度、应变随荷载增长图线

在加载过程中各主要测点的挠度、应变随荷载增长变化如图4~图6所示。

4.4.2 残余值实测结果挠度

各主要测点应变及挠度残余值统计如表5所示。

4.4.3 数据分析

根据实测数据,可得到以下结果:各工况实测挠度或应变随荷载增长呈线性关系,但B、C截面主拱挠度实测值大于计算值,从残余值测试结果可以看出,卸载后各主要测点的应变及挠度有较大残余,说明结构接近弹—塑性工作状态。

5 动载试验

根据本桥的特点和现场条件,对该桥进行了脉动试验,测试其自振频率和阻尼比等参数,测试结果如表6所示。

实测频率及速度时程如图7、图8所示。

6 桥梁承载力评估

6.1 荷载试验评估

根据桥梁检测及试验结果,按照《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)对桥梁结构进行承载力评估。校验系数指某一测点的实测值与相应计算值的比值,即η=S实测/S理论。当η<1时,说明结构的工作性能较好,满足使用要求;当η>1时,说明结构工作性能较差,应根据实际情况降级使用,限速、限载并进行加固或改建。本次试验测点应力、挠度校验系数及评定结果如表7所示。

由以上结果可以看出,工况二、工况三下各控制测点校验系数均大于1,大桥承载能力不满足要求。

6.2 动载性能

本桥实测竖向一阶频率为3.420 Hz,大于计算值1.208 Hz,说明该桥的实际刚度大于理论刚度,具备一定的抗冲击性能。

6.3 承载能力重新检算

由承载能力检算评定和静载试验结果评定可得:大桥不满足汽-13,拖-60荷载等级的承载能力要求。为确定大桥的实际承载力,为管养部门提供限载依据,为此适当降低检算荷载为汽-13,挂-52(即4轴13t挂车荷载),重新对桥梁承载能力进行检算评定。在汽-13,挂-52检算荷载下,大桥的计算结果如表8~表11所示。

检算结果表明,在汽-13,挂-52检算荷载下,大桥拱脚、拱顶的作用效应与抗力效应的比值均小于1,说明承载力满足汽-13,挂-52(4轴13t挂车荷载)的荷载等级要求,管养部门可按综合试验结果和设计极限荷载制定合理的限载措施。

7 结束语

桥梁承载能力评估 篇8

1 评定公路桥梁承载能力主要因素

1.1 公路桥梁结构完整性对公路桥梁承载能力的影响

公路桥梁评定过程中首要考虑的是公路桥梁的结构完整性。公路桥梁在建设完成并交付使用后, 会在具体的运行过程中受到使用者外力的加载并产生一定的损伤。公路桥梁受到行车作用的负荷, 同时也承载着自身重量的负荷。如果公路桥梁结构的完整性有所损伤就会破坏并阻断公路桥梁受行车作用力均衡向下传递过程, 会产生较为严重的结构性损坏, 如公路桥梁梁板单板受力等, 严重影响公路桥梁通行安全与使用质量的重大隐患。公路桥梁结构性完整对于公路桥梁承载能力的影响非常重要。

1.2 公路桥梁裂缝对公路桥梁承载能力的影响

现在我省的绝大部分桥梁以混凝土结构型桥梁为主。在混凝土结构的桥梁类型中桥梁裂缝是在养护工作中常见的公路桥梁病害, 公路桥梁裂缝可分为结构性裂缝和非结构性裂缝两种类型。公路桥梁中的裂缝情况严重时会影响到公路桥梁整体通行能力与安全通行能力。严重时会缩短公路桥梁的使用寿命, 严重危害着公路桥梁的安全与使用, 是公路桥梁重要病害。在公路桥梁承载能力评定中, 公路桥梁裂缝占有的比重很大。在公路桥梁梁板产生裂缝时会影响到桥梁整体使用寿命。因此, 公路桥梁裂缝是影响公路桥梁承载能力的重要因素。

1.3 公路桥梁钢筋锈蚀对公路桥梁承载能力的影响

钢筋混凝土结构型的桥梁中钢筋锈蚀的影响也非常的大。当钢筋混凝土桥梁出现钢筋锈蚀时混凝土与钢筋之间的结合就会出现小的间隙, 使混凝土对于钢筋的握裹力减小, 严重影响公路桥梁的整体使用质量, 如果钢筋锈蚀出现在公路桥梁重要结构部件, 直接影响公路桥梁的使用寿命。公路桥梁钢筋锈蚀是影响公路桥梁承载能力的重要因素。

1.4 公路桥梁变形对公路桥梁承载能力的影响

公路桥梁变形是公路桥梁整体承载能力评测的重要因素。公路桥梁在使用过程中出现不超过限值的结构变形是允许的, 但是必须时间与变形结构符合相关规定。在具体的公路桥梁运行过程中, 如果通过荷载而出现的超过限值的结构变形会对公路桥梁整体产生严重影响, 对公路桥梁整体使用有着致命的影响。公路桥梁变形是影响公路桥梁承载能力的重要因素。

1.5 公路桥梁混凝土施工质量对公路桥梁承载能力的影响

公路施工建设过程中, 混凝土工程被施工单位称为缺陷性工程。换而言之就是说在公路施工过程中, 对于混凝土施工中出现的施工性缺陷性其处理的机率很小。而桥梁混凝土施工质量对于公路桥梁承载能力的影响很大。会对整体承载能力及负荷性力量分散产生不均衡分配等严重影响。公路桥梁混凝土施工质量是影响公路桥梁承载能力的重要因素。

2 现有公路桥梁承载能力评定方法

现有的公路桥梁承载能力评定方主要是以荷载试验为基础参照现行的公路桥梁设计规范来评定公路桥梁的承载能力;以及桥梁无损伤探测。对那些原设计图没有找到和组成不明的结构, 荷载试验常常是评估工作最后的出路。一般进行荷载试验的结构是混凝土结构, 因为钢和木构件能现场测量和分析, 但了解混凝土结构件不容易, 即使判定混凝土的厚度和钢筋间距, 也需要取芯或采用早期特殊体系的混凝土结构, 即使有原设计图也很难进行分析。荷载试验一般针对劣化的结构和那些理论上可能超载的结构。目前现在正使用的公路桥梁鉴定承载能力的方法是以荷载实验为基础参照了公路桥梁设计规范与地方性具体的荷载情况修订的, 适用于钢筋混凝土型公路桥梁结构。无损伤探测相对来说较为简单容易, 是利用目前的检测仪器对公路桥梁主要部件及内部进行无损伤探测。探测结果要综合参照公路桥梁当地水文、建成使用年限、公路桥梁主要结构、建设图纸等因素综合考量。

3 现有旧桥承载能力评定方法中存在的问题

公路桥梁承载能力评定方式也相应的存在一定的问题:首先, 承载能力的测算是通过桥梁检查与分析得来的综合结果, 与实际的桥梁承载能力之间存在着较大的差距, 并且没有统一的标准与要求规范化, 选取计算模式主要依据检测人员的自身经验来确定。其次, 公路桥梁承载能力的检测受约束条件非常多, 比如在实际检测过程中要封闭交通, 且荷载检测是对公路桥梁非破坏性实验, 只能反映出近期桥梁状况。对于公路桥梁交通量、载重车辆分布等数据没有体现。

对于公路桥梁无损伤测评方法来说也有一定的制约条件:首先, 公路桥梁无损伤测评主要的应用方向是公路桥梁建设设计资料完好的情况下进行。对于有着一定使用年限的桥梁来说, 建设与设计资料的缺失是经常发生的现象。由于此种原因限制, 所以公路桥梁无损伤测评公路桥梁的使用频率不高。其次, 公路桥梁无损伤测评承载能力对于公路桥梁要求的使用数据较多, 为公路桥梁承载能力提供的数据变化非常大。

综上所述, 本文对公路桥梁承载能力测评采用的两种方式进行综合评论, 同时对于影响公路桥梁承载能力的主要因素进行详细的论述。公路桥梁承载能力的测评数据不是一成不变的, 综合体现了公路桥梁现有的主要因素及使用状况。对公路桥梁的承载能评定技术研究非常关键。

摘要：主要从公路桥梁的承载能力入手, 重点分析了公路桥梁承载能力评定中承载能力评定部分的公路桥梁的完整性、公路桥梁桥体裂缝、公路桥梁钢筋锈蚀、公路桥梁变形、公路桥梁混凝土施工质量等几个方面对于公路桥梁整体承载能力的影响与作用, 以及目前公路桥梁承载能力测评中常用检测方法进行详细的论证。

关键词：公路桥梁,承载能力,检测评定

参考文献

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