桥梁性能检测与评定（精选5篇）
桥梁性能检测与评定 篇1
摘要：据统计, 我国桥梁总数的40%已经进入老化阶段, 均属“老龄”桥梁, 而且随着时间的推移, 其数量还在不断增长。基于此, 本文介绍了桥梁性能常见检测方法和检测的重点部位, 以及国内目前对应检测结果的相应评定方式。
关键词：桥梁,检测,评定
随着公路运输事业的飞速发展, 我国依靠自己的力量, 建成了不同结构形式的大跨度悬索桥、斜拉桥、拱桥、连续刚构桥等等, 这些桥梁技术复杂, 科技含量高, 施工难度大, 表明我国桥梁建设技术水平已经迈入世界先进行列。而对于这些大量的新建桥梁, 尤其是新型结构特大桥, 检验其施工质量有效、直接的方法就是进行桥梁检测。另外, 据统计, 上世纪70年代以前修建的大量低标准桥梁已达到或者接近设计基准期, 在各种不利因素的长期影响下桥梁结构性能可能发生巨大的变化, 有些桥梁已出现不同程度的损伤, 甚至其承载能力已大大降低而逐渐演变成为危桥, 对这类桥梁急需加以综合评定, 以便采取相应的技术改造措施或拆除重建等处理方案, 而对现役桥梁结构进行评定最有效最直接的方法也就是桥梁检测。
1 桥梁性能检测的种类
常见桥梁性能检测可根据检查方法、检查的重要性及时间间隔、检查的范围、深度、方式和检查结果的用途等多种角度进行分类。
1.1 根据检查方法分类
(1) 直接接触的检查。对结构损坏部位进行接触量测、标记、安设检测仪器, 测量裂缝开展情况, 丈量结构尺寸等工作。
(2) 不接触的检查。检查人员不能直接接触到病害损伤部位, 只在视野所及的范围内凭目力 (或借助望远镜) 眺望扫视, 这种检查称为不接触的检查。不接触检查一般只能对眺望所见的损伤提供大致印象。
1.2 根据检查的重要性及时间间隔分类
(1) 经常性检查。或称日常检查、例行检查或一般检查。主要对桥面设施和桥台附属构造的技术状况进行日常巡视检查, 及时发现缺损进行小修保养工作。可每月或数月一次。
(2) 定期检查。或称基本检查。是桥梁养护管理系统中, 采集结构技术状况动态数据的工作, 为评定桥梁使用功能、制定养护计划提供基本数据, 可数年一次。
(3) 特殊检查。或称专门检查和应急检查。是根据桥梁破损状况和性质, 采取适当的仪器设备, 以及现场勘探、试验等特殊手段和科学分析方法, 查明桥梁病害原因、破损程度和承载能力, 确定桥梁的技术状态, 以便采取相应的加固、改善措施。
1.3 根据检查的范围、深度、方式和检查结果的用途分类
(1) 巡视检查。一般由专家在养护人员的陪同下对一条线路或一定区域内需检查的桥梁进行粗略的快速扫视检查, 其目的在于对所需检查的桥梁的技术状况和主要存在的问题形成一个总体印象, 对它们进行初步的专家排序以及为进一步的检查作技术准备。
(2) 一般结构的检查。通过对全桥的外观检查和结构尺寸丈量, 弄清结构或构件, 特别是主要承重构件是否有裂缝等病害和缺陷, 以及大致分布及其严重程序, 确定需作详细检查的部位、范围和初步原因, 并对混凝土表面质量作出初步评价。
(3) 详细结构检查。在一般检查的深度上, 进一步检查和测定其主要承载构件混凝土强度, 碳化深度, 内部及表面缺陷等。
2 桥梁结构检测的一般程序
桥梁检查一般由以下阶段组成:
(1) 实地察勘桥梁, 了解桥梁目前的现状。
(2) 搜集桥梁有关技术资料。重点是收集了解以下三方面资料:设计资料 (设计计算书及有关设计图纸, 变更设计计算书及有关图纸, 桥位地质钻控资料及图纸) ;施工资料 (竣工图纸及其说明书, 材料试验资料及施工记录, 验收有关资料) ;维修、养护、加固资料 (历史上过桥重车的车型、载重资料、经常通过车辆的车型, 载重及交通量。历次桥梁调查, 维修, 加固等有关资料, 图纸。过去所作桥梁加载试验资料) 。
(3) 确定检查项目, 制定检查计划。
(4) 桥梁现场检查, 必要时取样做室内测试。
3 桥梁性能检测的常见方法和仪器设备
桥梁检查方法大体上有二类, 一类是目力检查和简单的物理测量方法, 这类方法用以查明桥梁外观病害, 如结构变形、位移以及混凝土表面剥落、开裂等;另一类是无破损或半破损检查方法, 其中有些方法是用来查明结构材料的力学性能的, 有些是用来确定缺陷和损坏的性质和范围的。对于不同的材料和检查目的, 往往采用的检查方法也是不同的。
(1) 机械类检测技术。此类技术是通过机械或人工动作而获得道路桥梁的技术参数和计量信息的一种技术手段, 具有结构简单、制作容易、使用寿命长、故障率低和价格便宜实用等优点, 但是也存在测量精度低、操作劳动强度大和效率低等缺点。常见有3m直尺、摆式摩擦仪、路基回弹模量检测、画线式路面车辙测定仪等。
(2) 机电类检测技术。此类技术是通过机械、人工和电子测试采集相结合而获得道路桥梁的技术参数和计量信息的一种技术手段。它通过机电转换, 具有仪器牢靠、使用寿命长、价格合理、使用方便等优点。近几十年来, 随着数字计算机工业的发展, 机电类检测技术有了重大发展, 测定应力、应变、位移等力学和位移参量的电子类、光纤类传感器和数字化仪表得到了广泛应用, 大大提高了检测工作的精度和效率。常用的有连续式路面平整度测定仪和路面自动弯沉测试仪。
(3) 振动类检测技术。此类技术是利用机械振动以及引起的波在结构中的振动特性及在土木工程介质中的传播特性获得技术参数和计量信息的一种技术手段。基于振动和冲击原理的振动类检测技术已经成为近年来动态无损检测的一个热点。目前, 桥梁动力检测、桩基反射波动力检测、SAWA表面波检测、FWD落锤式弯沉检测等技术都属于此类典型检测技术。
(4) 雷达 (电磁波) 类检测技术。雷达无损检测是一种高新技术检测, 其实质是超高频电磁波发射与接受技术。雷达波由自身激励产生, 直接向结构发射射频电磁波, 通过波的反射与接收获得结构的采样信号, 再通过硬件与软件及图文显示系统, 得到检测结果。由于雷达检测技术具有无损、快速、简易、精度高的突出优点, 在高等级公路施工质量监控和养护等方面具有广阔的应用前景。
(5) 超声波类检测技术。是一种利用超声波的传播特性进行检测的无损检测新技术。由于超声波是波的一种, 因此在传输过程中同样服从波的传输规律。利用这些特点, 也可以使之为工程质量监控服务, 达到无损、快速的检测要求。公路工程中, 超声波检测已经广泛应用于桩基成孔测量、桩基完整性质量检测、混凝土质量检测等领域。
(6) 射线类检测技术。射线是同位素或核子散发的一种无形能束。同位素中某些元素散发的能束, 与土壤的密度与水分有十分密切的关系。射线检测技术就是利用这一特性对结构进行快速、无损 (或有损) 、测法简单的检测。目前许多国家已经相继开发了仪器, 并在土木工程中广泛应用。但射线属于放射性物质, 对人体健康会产生影响, 因此在使用过程中一定要进行有效的防护。
(7) 激光类检测技术。激光是20世纪60年代发展起来的一门尖端科学, 由于其具有特高亮度、高方向性、很好的相干性与衍射性、高光强、高测微精度、高时间分辨和全息反映能力等独特的技术特点, 因此在各个领域均有着广泛的用途。常见的路桥检测激光应用仪有激光测距仪、激光挠度仪、激光纹理测试仪、多激光路面断面测试仪等。
(8) 摄像类检测技术。我国传统的路面病害均用眼睛观察记数, 效率与准确度较低。80年代以来, 随着我国高等级公路的修建, 在引进国外技术的基础上, 发展了我国高等级路面 (桥梁) 养护评价系统, 需要对结构的状况定期作出快速评价, 以便作出养护投资安排。而摄像检测技术能满足这一要求。
(9) 红外类测温技术。温度在零度以上的物体都会辐射出红外线, 通过红外探测器将物体辐射的功率信号转换成电信号后, 成像装置的输出信号就可以一一对应模拟扫描物体表面温度的空间分布, 经电子处理, 得到与物体表面热分布相应的热像图。运用这一方法, 便可以实现对目标进行远距离热状态图像成像和测温并进行分析判断。其具有轻便、快速、直观、非接触、大面积、远距离探测的优点, 具有极为广泛的应用前景。
4 桥梁检查的重点和部位
4.1 桥头引道、河床及桥址的检查
(1) 检查桥梁的引桥、河床和导流物时, 须先根据设计资料, 了解设计时的要求, 然后再通过测量检查弄清:桥头引道的构造、河道变迁及河床有无冲刷淤积等情况。
(2) 检查引桥时, 应查明引桥路面结构、坡度及引桥路堤挡土墙的情况;记录路堤边坡和锥形护坡的状况。尤应注意察看正桥与引桥的衔接处是否正常。
(3) 检查河床时应查明两岸的斜坡有无冲刷或淤积, 以及护岸建筑的状况。察看河床时应记录河流航道的改变, 以及船只或木筏通过桥下时的特征。
(4) 检查导流物时应查明它们在平面和横断面的形状是否正确, 它的高度是否足够, 坝的表面和它们的护坡的状况如何以及有无冲刷或淤积。
(5) 在桥下, 应检查桥墩冲刷情况, 桥孔中河床位置以及通航桥孔中的桥下净空。
4.2 圬工梁拱检查重点
(1) 检查圬工有无风化、剥落、破损及裂缝, 注意变截面处、加固修复处及防水层的情况。对圬工剥落、裂缝处, 应注意钢筋锈蚀的状况。
(2) 钢筋混凝土梁应重点检查宽度超过0.3mm竖向裂缝, 并注意检查有无斜向裂缝及顺主筋方向的纵向裂缝。
(3) 预应力钢筋混凝土梁要观测梁的上拱度变化, 并注意检查有无不容许出现的垂直于主筋的竖向裂缝。
(4) 拱桥应测量实际拱轴线和拱圈 (或拱肋) 尺寸, 并检查拱圈 (或拱肋) 有无横向 (垂直路线方向) 的裂缝发生。
(5) 测量圬工严重裂缝的具体位置及尺寸, 并绘制裂缝图, 以便对照分析。
4.3 墩台及基础检查重点
(1) 检查墩台圬工有无风化剥落、破损及裂缝, 对严重的裂缝, 应测量其具体位置及尺寸, 并绘制裂缝图, 以便对照分析。
(2) 对有下沉、位移、倾侧变位等情况的墩台, 应查清地基情况, 并检查梁端部、支座及墩台的相对位置关系。
4.4 材质及地基的检验
(2) 混凝土的实际强度宜采用非破损检验法测定, 在有可能并且又非常必要时, 可从构件上挖取试样, 然后在试验室内测定出混凝土的有关力学性能。
(3) 基底地质情况根据工程复杂程度和实际要求, 可查考原设计时的工程地质资料或采取钻孔取原状土样检验、钻探或触探等方法确定。
5 桥梁性能评定
桥梁评定可以分为一般评定和适应性评定。
5.1 桥梁一般评定
依据桥梁定期检查资料, 通过对桥梁各部件技术状况的综合评定, 确定桥梁的技术状况等级, 提出各类桥梁的养护措施, 其一般由负责定期检查者进行即可。
一般评定需对桥梁总体技术状况进行评定, 建议考虑桥梁部件权重综合评定方法, 亦可采用方法重要构件最差的缺损状况评定或对照桥梁技术状况评定标准评定。
5.2 桥梁适应性评定
依据桥梁定期及特殊检查资料, 结合试验与结构受力分析, 评定桥梁实际承载能力、通行能力、抗洪能力, 提出桥梁养护、改造方案。其必须委托有相应资质及能力单位进行。
桥梁的适应性评定要求对桥梁的承载能力、通行能力、抗洪能力进行周期性检查, 桥梁适应性评定周期一般为3~6年。由于桥梁结构荷载试验能直观地反映出桥梁结构在试验荷载作用下的实际工作状态和一些理论上难以计算的部位的受力状态, 同时通过荷载试验有助于发现在一般性检查中难以发现的隐蔽病害。所以荷载试验是评定桥梁结构承载能力的主要技术之一, 其包含以下三个部分:
(1) 结构强度分析。试验荷载作用下, 结构控制截面实测最大实力是评定结构强度的主要内容。一方面控制截面实测最大应力, 可以和相应结构规范的允许应力进行比较来说明结构的安全度;另一方面也可用控制截面实测最大应力与理论计算最大应力之比, 即结构校验系数η来说明。《公路旧桥承载能力鉴定方法》规定了结构应变校验系数常值范围。
(2) 结构刚度分析。通过结构实测最大挠度与规范规定值比较以及结构相对残余变形 (实测的残余变形与总形之比) 分析, 就能对结构刚度作出评定。一般要求相对残余变形在20%以下。若实测相对残余变形较小及荷载-变位 (应力) 曲线呈线性变化, 则说明结构整体工作状况是良好的。《公路旧桥承载能力鉴定方法》规定了结构挠度校验系数常值范围。
(3) 裂缝分析。主要评定受力裂缝的出现和扩展状态。一般要求:试验荷载下开张扩展宽度要小于设计标准的许可值, 加载后恒载作用下的裂缝宽度不要超过《公路养护技术规范》中规定值。通过以上结构性能分析, 就可以对桥梁实际状况和承载能力, 作出技术评价。
桥梁检测和评定与加固方法 篇2
在役桥梁结构随着使用时间的延续,受结构使用条件变化及环境侵蚀等因素的影响,加之设计和施工的不当,都会使结构受到不同程度的损伤,造成桥梁病害,使结构性能退化,使用功能逐步降低乃至完全丧失。目前桥梁出现的病害主要是混凝土结构碳化引起钢筋锈蚀;由于主梁抗拉、抗剪强度不足,在荷载作用下主梁跨中下缘和支点处梁端上缘产生严重裂缝;由于设计桥面铺装层薄或施工不当的原因,在荷载的冲击和摩擦力作用下,桥面出现壅包、坑槽、裂缝等病害,车辆直接作用于外露的混凝土梁(板);伸缩缝被泥砂填堵,缝两侧梁体被车辆撞损严重,或者梁体产生较大纵向位移,在桥台背墙处完全顶死;护栏出现滑移、断裂、脱落等。美国60万座桥梁中有12万座被列为具有结构缺陷的桥梁,仅通行轻型车辆,关闭或需要立即修复才能开放;截止到2006年年底,我国有各类桥梁共计约50万座,近几年来危桥数量呈快速增长趋势;大量的危旧桥梁已成为影响公路全线畅通的瓶颈。2007年,交通部要求全国交通行业开展专项整治活动,以桥梁安全为重点,全面排查交通基础设施的安全隐患,抓紧实施危桥改造工程,用三年时间基本完成国省干线危桥整治改造任务,同时加大县乡公路危桥改造力度。
1 桥梁检测
桥梁检测作为桥梁结构的病害诊断及安全承载能力判断的重要措施,已成为新旧桥梁竣工验收、加固改建、安全性评定的重要依据。
1.1 常规检测
首先应对桥梁的总体尺寸(如跨径、桥宽、矢跨比、墩台尺寸、标高等)、各部分构件的截面尺寸、钢筋直径及布置、支座位置等进行详细的量测、记录;然后对材料的性能,如钢筋混凝土桥的混凝土和钢筋的强度、弹性模量,圬工拱桥的石料标号、砂浆标号等要进行测定和了解;接着对桥梁运营状况,特别是桥梁存在的缺陷和病害进行反复的现场观测、检查和了解;最后检查桥梁结构是否产生了位移与变形(挠度),混凝土施工质量如何,风化、剥落情况以及局部损伤,裂缝宽度、深度、分布情况及其发展趋势,检查钢筋锈蚀情况,以及支座、伸缩缝、排水装置、桥面铺装等附属设施的功能等。
1.2 特殊检测
对常规检测中难以判明损坏原因和程度的桥梁、技术状况为四、五类的桥梁、拟通过加固手段提高荷载等级的桥梁以及特殊重要的桥梁应由具有相应资质和能力的单位进行特殊检测,根据桥梁的破损状况和性质,采用仪器设备进行现场测试、荷载试验及其他辅助试验,针对桥梁现状进行验算分析,从结构材料缺损状况、结构承载能力和防灾能力等方面作出鉴定,特殊检测应该根据结构的受力特性,确定重点部位,有效地进行检查。通常应重点检查的部位有:应力集中处、断面突变的部位、构件的薄弱部位、拱桥的控制截面等,桥梁上述部位的缺陷,对桥梁的安全及寿命起着关键的作用,容易产生裂缝和导致其他缺陷的产生。对这些部位的缺陷放任不管,它们往往会发展成为结构物的重大缺陷,危及整座桥梁的安全和存在。
2 桥梁评定
桥梁通过检测后应对结构进行评定,桥梁技术状态评定就是根据所采集到的桥梁技术状况数据利用一系列评价指标和评价模型对桥梁的使用性能满足其使用要求和功能性要求的程度作出判别。桥梁评定分为一般评定和适应性评定,一般评定依据桥梁常规检测资料,包括技术状况综合评定和确定桥梁分类。现行《公路桥涵养护规范》中将桥梁技术状况评定等级分为一类、二类、三类、四类、五类,并按总体评定、墩台与基础、支座、上部结构、人行道栏杆和桥面铺装等方面列出了各桥梁等级的评价标准,桥梁技术状况综合评定推荐采用考虑各部件缺损程度、缺损对结构的影响、缺损发展变化的量化评定方法。桥梁的适应性评定必须由具有相应资质及能力的单位进行,依据常规检测和特殊检测的资料,借助结构受力分析、荷载试验等专业技术性强的手段,评定桥梁的实际承载能力、通行能力和抗洪能力。
3 桥梁加固
桥梁通过全面检测后,确定结构的承载能力和剩余寿命,在此基础上进行结构改造决策分析,根据经济技术条件提出结构处理措施,如维修、加固或拆除重建等。目前,对我国为数众多的旧桥,若将其拆除重建,不仅要耗费大量资金,而且工期也较长;若有计划、有步骤地对现有旧桥进行加固改造、恢复,提高其承载力,不仅能满足新时期公路交通运输的需要,而且还可以为国家带来巨大的经济效益和社会效益。结构的加固方法主要有加大截面加固法、外加预应力加固法、外粘型钢加固法、粘贴纤维复合材加固法、粘贴钢板加固法、置换混凝土加固法、增设支点加固法等。下面介绍目前常用的几种加固法。
3.1 加大截面加固法
该加固方法是在构件表面加大混凝土尺寸,增加受力钢筋,使其与原结构形成整体,从而增大构件有效高度和受力钢筋面积,提高构件的抗弯、抗压、抗剪、抗耐久等能力,同时也可以用来修复已经损伤的混凝土截面,提高其耐久性,且施工方法便利,能在桥下施工,基本上不影响交通,加固工作量小,不影响原有桥梁的整体效果。但现场作业,养护期较长,加固初期,需适当中断交通,桥下净空有所减小。这种加固方法广泛应用于梁(板)桥及拱桥拱肋的加固。
3.2体外预应力加固法
体外预应力加固法的原理是在梁的下缘受拉区设置预应力材料,通过张拉对梁体产生偏心预应力,在此偏心压力作用下,使梁体发生上拱,抵消部分自重应力,减小了结构变形和裂缝宽度、改善了结构受力,能够较大幅度地提高结构承载力。与通常的预应力混凝土结构相比,预应力筋与原结构只在锚固点与梁连接,类似于无粘结预应力结构。这种方法在自重增加很小的情况下可大幅度改善和调整原结构的状态,对提高截面的刚度、减少原有构件裂缝宽度和挠度、提高加固后构件截面的抗裂能力是非常有效的。此方法既适用于通行重车时的临时加固,也可作为提高桥梁承载力的永久加固措施。
3.3外部粘贴加固法
外部粘贴加固法是用粘结剂将型钢、钢板或纤维增强复合材等粘贴到构件需要加固的部位上,以提高构件的承载力和刚度的一种加固方法,是一种施工简便,不减小桥梁净空,并可在不影响或少影响交通的情况下施工的加固技术。外粘型钢加固法适用面很广,但加固费用较高,为了取得最佳的经济效果,一般多用于需要大幅度提高承载力和抗震能力的钢筋混凝土梁、柱结构的加固;粘贴纤维复合材加固法适用于钢筋混凝土受弯、受拉、轴心受压和大偏心受压构件的加固,但不推荐用于小偏心受压构件的加固,因为纤维增强复合材仅适合于承受拉应力作用,而小偏心受压构件的纵向受拉钢筋达不到屈服强度,采用粘贴纤维复合材将造成材料的极大浪费。粘贴钢板加固法适用于钢筋混凝土受弯、受拉和大偏心受压构件,施工时应采取措施尽量卸载,其目的主要是减少二次受力的影响,即降低钢板的滞后应变,使加固的钢板能充分发挥强度。采用外部粘贴加固法时,粘结剂的质量及耐久性是影响加固效果的主要因素。
4结语
桥梁的检测、评定和加固维修问题已经成为世界普遍关注的课题,随着我国社会经济的不断发展,交通量特别是大型车辆的增加,桥梁加固技术具有广阔的前景,桥梁检测、评定与加固关键技术的深入研究将为我国公路旧桥的改造提供技术支持,确保危旧桥的改造工作科学合理、经济安全。
摘要：介绍了桥梁检测、评定与常见加固方法,得出了桥梁检测、评定与加固技术的深入研究将为我国公路旧桥的改造提供技术支持的结论,确保危旧桥的改造工作科学合理、经济安全。
关键词：旧桥,检测,评定,加固
参考文献
桥梁性能检测与评定 篇3
一、公路混凝土桥梁的承载能力
1. 公路混凝土桥梁概念
公路混凝土桥梁, 是指用钢筋和混凝土的联合结构作为桥体的主要构成物的一种桥梁, 一般在公路要经过河流或者经过低处的铁路时常用。公路混凝土桥梁在现在的公路建设中之所以能够得到普遍的应用, 主要是取决于它的特点。公路混凝土桥梁的特点主要是牢固、耐用、安全、施工迅速以及材料取得容易, 非常适合现在公路建设的要求。
2. 公路混凝土桥梁承载能力概念
公路混凝土桥梁承载能力是指公路混凝土桥梁能够承受的最大的力, 这关系到建成的公路混凝土桥梁能够承受的车辆重量。如果同时通过桥梁的车辆重量在桥梁的承载能力范围之内, 则桥梁可以正常使用, 而如果超过了桥梁的承载能力, 则会影响桥梁的使用寿命, 甚至还可能使桥梁发生形变从而产生危险。公路混凝土桥梁承载能力的大小, 是由公路混凝土桥梁的结构和成分、混凝土强度、钢筋强度以及钢筋使用量等来共同决定的。由于公路混凝土桥梁一经投入使用, 就需要长期工作, 所以对于公路混凝土桥梁承载能力的评定与检测就非常重要, 关系到桥梁的维护, 也关系到桥梁的安全使用。
二、公路混凝土桥梁承载能力的评定方法
1. 公路混凝土桥梁的承载能力评定类型
公路混凝土桥梁的承载能力评定和所有桥梁的承载能力评定流程大体是一致的。公路混凝土桥梁承载能力的评定, 一般分为两种:一种是从结构上来进行的承载能力极限状态的评定, 这种评定方法的评定结果是不能够在实际使用中完全参照的, 因为这是从桥梁的结构和设计上体现的, 是一种极限状态的数据体现。第二种是正常使用情况下的公路混凝土桥梁的承载极限评定, 这种评定的评定结果是从适用性以及耐久性出发进行评定的, 而且从实际的使用情况出发, 评定结果在实际使用中更具有参考意义。一般来说, 正常使用的极限承载能力是比结构设计中体现的极限承载能力低的。
2. 公路混凝土桥梁的承载能力评定方法
要完成一个公路混凝土桥梁的承载能力的完整评定, 是一个复杂的过程, 需要多方面的参考数据和资料, 以及桥梁的实地勘测检查。公路混凝土桥梁的承载能力评定, 一般需要先进行影响因素的整体研究。在影响因素中, 一般包括了桥梁周围环境的作用、桥梁实际荷载作用以及材料随着时间变化的性质等, 影响因素的研究, 可以保证对桥梁承载能力评定的全面性, 是公路混凝土桥梁承载能力评定中不可或缺的重要一步。接下来要进行的, 就是由公路混凝土桥梁承载能力的影响因素推出影响后果。这同样是至关重要的一步。既然公路混凝土桥梁的承载能力受到了各种因素的影响, 那么就一定会产生影响后果, 对于后果的物理学预测, 可以准确地估算出桥梁的变形可能和变形程度, 以及由此产生的安全隐患, 从而达到提前预测桥梁安全性的作用。在实际评定中, 公路混凝土桥梁承载能力影响因素产生的后果一般包括:桥梁内力的变化、桥梁对外界抗力的变化以及桥梁性质结构的变化。
公路混凝土桥梁承载能力的鉴定途径, 总体来说是通过结构、材质两个部分来进行。通过公路混凝土桥梁的结构状态, 可以测算出公路混凝土桥梁的结构内力;通过公路混凝土桥梁的材质特性, 则可以测算出公路混凝土桥梁对外界的抗力。所以在这里一定要明确各种材质的性质和常用规格。运用物理学和数学的相关知识, 在对公路混凝土桥梁的影响因素、影响结果和检测途径都弄清楚之后, 再结合公路混凝土桥梁使用中要达到的安全目标, 就可以完成对公路混凝土桥梁的承载能力鉴定, 得到一个相对准确可信的鉴定成果。
3. 公路混凝土桥梁承载能力评定的核心问题
由于公路混凝土桥梁承载能力的评定的复杂性以及公路混凝土桥梁承载能力评定对于桥梁实际使用的安全性的具有重要意义, 能否弄清楚公路混凝土桥梁承载能力评定的核心问题就显得至关重要。公路混凝土桥梁承载能力检测的核心问题, 是要准确地检测桥梁的结构内力状态和外力状态, 并建立检测结果和内部抗力以及外部抗力的关系, 从而合理确定公路混凝土桥梁的实际承载能力和安全性。在检测过程中, 要做到绝对的细致, 否则差之毫厘可能谬以千里, 例如在钢绞线定额的选择和调整中, 每吨束数要调整到和图纸一致, 假设设计某根钢绞线长为19cm, 用直径为15.24mm的钢绞线和七孔锚具, 若钢绞线单位重量为1.101kg/m, 则要用1000kg/ (7×18×1.101) =7.21束, 再套用定额 (钢绞线束长20m七孔每吨8.12束) , 8.12-7.21=0.91, 所以实际要按照这个结果进行调整。
三、公路混凝土桥梁的承载能力检测
1. 公路混凝土桥梁的承载能力检测体系
公路混凝土桥梁的承载能力检测体系建立, 是一个相对严谨和复杂的过程, 直接关系到检测的结果是否精确。公路混凝土桥梁的承载能力检测体系, 主要包括:地基检验、桥墩检验、索结构与索力的测量、桥梁结构固有模态参数检测、钢筋分布状况检测、混凝土碳化状况检测、混凝土电阻率检测、混凝土中电阻率检测、混凝土中氯离子含量的检测、桥梁结构材质强度检测、桥梁几何形态参数测定以及桥梁结构恒载变异状况检测等。
2. 通过公路混凝土桥梁的承载能力检测结果建立评定方法体系
首先, 需要进行的桥梁的调查。这是评定方法体系建立的第一步, 同时也是基于检测结果来进行的调查, 务必要做到实地调查的精确性。然后要进行的是旧桥检算, 通过旧桥检算系数Z1来进行。接着, 通过对旧桥检算得到结构检算。这一步需要用到专业的数学知识和物理知识, 要由专业的测算工作者来进行。接下来, 就是承载能力鉴定了, 这一步的鉴定结果需要进行荷载试验, 然后才能够得到完整的结果, 从而进行评定结果的编制。
四、公路混凝土桥梁承载能力评定检测方法中的不足和改进
1. 公路混凝土桥梁承载能力评定检测方法中的不足
由于技术和一些不可抗拒的影响因素, 在实际的公路混凝土桥梁承载能力检测中, 还存在很多不足, 这主要包括:检算要点和方法过于死板;评定的标准相对匮乏、单一, 实际操作性较差;从检测结果通过计算和详细分析得到的评定方法不能够很好地切合实际应用, 仍需要借助荷载试验来鉴定, 耗费资金和人力;荷载试验鉴定费用高昂且不连续;荷载试验反映问题较为单一, 不包括结构性能和疲劳性能等关键影响因素。公路混凝土桥梁承载能力评定检测方法中的不足是需要正视和改进的, 我们应该积极来面对这些方法中的不足并努力改进, 才能让公路混凝土桥梁承载能力的评定检测更加具有说服力和准确性, 更加节约成本, 能够在实际生活中大面积高频度地使用。
2. 公路混凝土桥梁承载能力评定检测的改进探讨
公路混凝土桥梁承载能力评定方法的改进, 是从现在公路混凝土桥梁承载能力评测的缺点为出发点的。公路混凝土桥梁承载能力评定方法的改进, 主要从以下几个思路入手:首先是在通过桥梁的外观和损坏情况检测来对公路混凝土桥梁的承载能力进行评定时, 要充分结合旧桥的特点, 考虑旧桥测算的结果, 充分综合各项检测结果来为检测分析的结果进行服务。其次, 要在公路混凝土桥梁设计之初的规范基础上, 加入专业的桥梁检算系数、耐久性恶化系数、截面减损系数以及修正系数来规范和修正结构抗力效应和荷载效应相关的极限状态方程。同时, 不可忽视的是, 对桥梁结构的承载能力判定要加以有效的比较。最后, 要在评测的过程中结合公路混凝土桥梁病害的特点对成因进行反向的演算分析。
五、结语
桥梁性能检测与评定 篇4
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
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桥梁性能检测与评定 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。
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