在役桥梁结构论文

2024-11-04

在役桥梁结构论文（精选8篇）

在役桥梁结构论文篇1

随着我国公路桥梁事业的发展,新建的高速公路及桥梁越来越多,同时既有的许多桥梁亦逐渐进入了养护维修阶段。为了适应公路运输载重量不断发展的要求,充分利用现有的公路桥梁,使之能继续安全地为公路运输服务。根据交通部颁布的JTG H11-2004公路桥梁养护规范要求,必须对桥梁进行鉴定,而对桥梁进行荷载试验便是桥梁鉴定的一个重要手段。结合一座实际的桥梁,对桥梁试验作一介绍。

1 工程概况

某桥为一座全长180 m的简支T梁桥,单孔跨径20 m,共9跨。桥面宽为净9 m+2×1.0 m(人行道),双车道布置。每孔桥上部结构由5片钢筋混凝土T型梁组成。该桥设计载荷为:汽车—20级,挂车—100级。

2 静载试验

静载试验是通过测试桥梁结构在试验荷载作用下的控制截面的应变、位移或裂缝,分析判定桥梁的承载能力。

2.1 试验内容

1)主要控制截面在中载及偏载试验加载下的挠度测试。

2)主要控制截面在中载及偏载试验加载下的应变测试。

2.2 测试截面

根据结构对称性,结合大桥的实际损伤及现场情况,选择靠近A城市的第1孔(0号台～1号墩之间)作为荷载试验孔,确定最不利的跨中截面作为应变、挠度及动态测试截面。

2.3 测点布置

1)应变测点布置:应变测点沿横桥向布置于Ⅰ—Ⅰ断面,混凝土应变测点共布置8个,分别布置于T梁底缘,T梁翼缘根部,钢筋应变测点3个,测点分别布置于Ⅰ—Ⅰ断面T梁底缘,如图1所示。2)挠度测点布置:采用百分表观测结构竖向变位。沿横桥向布置于Ⅰ—Ⅰ断面,挠度测点共布置5个,测点布置如图2所示。

2.4 试验荷载及荷载布置

实桥静载试验的目的是检验结构的承载能力是否达到设计要求。根据《公路旧桥承载能力鉴定办法(试行)》的规定,静力试验荷载的效率系数η取值范围为1.05≥η≥0.8,则有:

其中,Sstat为试验荷载作用下,检测部位变位或内力的计算值;S为设计标准活荷载作用下,检测部位变位或内力的计算值;δ为设计取用的动力系数。

为了保证试验的有效性,根据各测试截面的内力与挠度影响线,按最不利位置加载,在保证各测试截面试验荷载效率系数η至少达到0.80以上的条件下,此次静载试验选用两辆380 kN载重汽车,每辆车前轴重60 kN,后轴重320 kN。加载车轴距如图3所示。

静载试验共两种工况,荷载布置情况如图4所示。

2.5 试验结果

1)挠度检测结果:实测挠度与理论计算结果见表1。

2)应变检测结果:实测应变与理论计算结果见表2。

3 动载试验

1)自振特性测试。自振特性的测试采用脉动法,通过对拾振器拾取的响应信号进行谱分析,可确定桥梁的自振频率和模态,再将功率谱进行细化处理,利用半功率点带宽法求得桥梁的阻尼比。实测前三阶频率见表3。一阶实测阻尼比为D1=0.053 8。

2)动荷载响应测试。动荷载响应测试的主要目的是模拟在各种行车条件下,桥梁的动力响应以及实测桥梁的冲击系数。活载冲击系数根据记录的动挠度(或动应变)按下式算得:

其中,Smax为动载作用下该测点最大挠度(或应变)值;Smean为相应静载作用下该测点最大挠度(或应变)值;

其中,Smin,Smax分别为相应的最小与最大挠度(或应变)值。

动载试验采用下面两种荷载工况(见表4)。

工况一:无障碍行车,一辆310 kN试验车以30 km/h匀速通过;工况二:无障碍行车,一辆310 kN试验车以40 km/h匀速通过。

4 桥梁质量分析

1)该桥的实测挠度应变比理论计算的挠度应变小,且都没有超出规范的规定,说明该桥的实际刚度比理论计算的刚度要大。2)实测频率与理论计算频率比较吻合,而且比理论计算的频率大,实测的一阶阻尼比为0.053 8,说明该桥具有一定的抗振能力,且阻尼比较大,耗散能量的能力强,桥梁振动衰减较快,桥梁结构不容易产生疲劳。3)实测冲击系数1+μ=1.071 2,较计算值1.285 2小,说明该桥具有一定的抗冲击能力。

5 结语

通过对预应力混凝土T型五梁装配式简支梁桥的静动荷载试验,在荷载效率系数η满足《规范》所规定的0.8<η<1.05前提条件下,试验桥梁满足设计强度要求,检测桥跨的变位符合设计刚度规定,因此,所测桥跨质量良好,其承载能力达到汽车—超20级,挂车—120级要求。

摘要：对某桥进行了成桥静力和动力荷载试验及分析,通过现场静动力荷载试验,测得其各种力学指标和性能指标,并与理论计算的结果及相应规范的要求进行比较,从而对桥梁的整体性能和结构安全做出评价,以确保桥梁的主体结构处于完好的技术状态和良好的使用状态安全运营。

关键词：桥梁,静动载试验,动力响应

参考文献

[1]谌润水,胡钊芳.公路桥梁荷载试验[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2]JTG H11-2004,公路桥梁养护规范[S].

[3]李亚东.既有桥梁评估方法研究[J].铁道学报,1997(2):40-41.

[4]JTJ 021-89,JTG D60-2004,公路桥涵设计通用规范[S].

[5]JTJ 023-85,JTG D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

探讨桥梁工程结构裂缝及加固篇2

关键词：桥梁工程；结构裂缝；加固；探讨

1 结构裂缝產生原因

1.1 荷载原因

桥梁之外的荷载引起的裂缝。包括：施工图设计阶段在桥梁结构设计计算时存在计算失误、选取模型不合适、受力分析不全面、配筋不科学、施工不现实等；产品实施过程中，荷载控制不严格，施工随意性大，偷工减料，不按图施工，采用次品代替，施工顺序乱等情况造成裂缝隐患；交付运行后，出现运行维护管理不到位，超重车辆未经许可擅自行驶、养护管理失控，基本无维修检测检查造成小隐患小问题变成大隐患大问题。

1.2 温差原因

桥梁工程结构混凝土因温差变化引起的裂缝。包括：混凝土入模浇捣后水化时，水泥发生反应放热，混凝土内温度迅速上升，而混凝土表面处于大气中，其温度无大的变化，这就在混凝土形成内外温差，当温差超过规定温度后，混凝土内部及表面就会产生应力，当应力超过混凝土表面及内部自身抵抗力后就会出现裂缝。因此做好混凝土养护及控制温差是极其重要的工作。

1.3 收缩原因

桥梁工程结构混凝土因收缩引起的裂缝。包括：未硬化收缩是指在混凝土浇捣至混凝土还未完全硬化过程中，混凝土中水泥发生水化化学反应强烈，混凝土中含水量急剧下降，混凝土出现收缩现象，极易出现裂缝；结硬后收缩是指混凝土结硬产生强度以后，随着混凝土表面含水量降低非常快，混凝土里面含水量降低慢，因内外含水量差出现混凝土表面和里面收缩不同，造成混凝土表面收缩力增大，当该力超过混凝土本身抵抗拉力能力时，从而产生裂缝。

1.4 锈蚀原因

桥梁工程结构混凝土因施工质量差、钢筋保护层厚度太薄，造成混凝土表面层达不到保护钢筋受锈蚀的情况下而造成混凝土因钢筋锈蚀出现的膨胀体出现裂缝的情况。具体为混凝土施工工艺未严格执行，设计钢筋保护层不满足相关规范要求，导致混凝土中钢筋保护层受空气中有害气体影响，致使处于混凝土中的钢筋周边被有害物质包围并与钢筋发生化学反应，化学反应产生的有害物质其体积并原有反应物的体积增大3倍以上，从而造成处于薄弱位置的钢筋外混凝土保护层受其影响而受力，当所受力超过混凝土自身的承受能力后即在混凝土表面造成开裂产生裂缝。

1.5 原材原因

桥梁工程结构混凝土因组成部分包括砂、石子、水泥、水以及减水剂等原材不能满足设计及相关规范要求从而导致混凝土裂缝。具体包括砂的直径达不到规范要求、砂的级配不过关、砂里含泥巴等有害杂质含量超过规范规定值；石子直径偏大或偏小、针片状多、级配差强度低、达不到设计及规范要求；水泥直接采用热水泥，未经处理，水泥中有害杂质超过标准要求；水含有有害杂质超过标准要求，水中含泥量大不洁净，特别是采用较为混的河水而不是自来水拌和；添加的减水剂等外加剂质量不满足设计及规范要求。

1.6 施工原因

桥梁工程结构混凝土在施工过程中，受混凝土施工工艺不当、施工过程中未严格按照设计及规范要求进行混凝土浇捣养护而导致混凝土产生裂缝，具体包括混凝土中钢筋绑扎不当致使钢筋保护过大、混凝土浇筑振捣过程中未能严格按照设计及规范要求进行分层有序快插慢拨以及根据振捣棒作用半径进行浇捣，混凝土养护不当或根本就不进行养护导致混凝土出现裂缝。

1.7 养管原因

桥梁工程结构混凝土在运营养护管理过程中，因未进行有效的养护管理导致产生裂缝。具体包括桥梁工程交付运营后，养护管理不到位、甚至压根就不养护、导致混凝土出现轻微裂缝时未能及时处理或处理不当，造成轻微裂缝不断生长成直接影响结构安全的结构裂缝。

2 裂缝处理及加固措施

2.1桥梁裂缝处理

（1）浅层喷抹：主要指在已经过凿毛处理的裂缝浅层表面，喷抹流动性能好的水泥浆液使其渗透进裂缝之中，达到填充密实效果。在进行浅层喷抹施工之前，严格按照要求做好凿毛及浅层污物杂质清理工作，确保在喷抹水泥浆液前浅层表面的洁净。

（2）浅层表处：主要指针对桥梁工程出现宽度不宽且浅的裂缝，可以采取浅层表处方法进行处理，就是通过表面抛丸设备对浅层进行抛丸，漏出全部裂缝后及时进行清洗干净，再配置填缝浆液进行灌缝，使得缝隙填满并密实。并及时覆盖养护防止下雨冲刷及污物污染。这种方法能够很好的对浅层裂缝进行快捷省工处理，应用较为广泛。

（3）加压注射：主要针对裂缝不宽且深度较深的裂缝，常规的对付表层裂缝的浅层喷抹及表处就起不到效果，需要通过借助一些加压等特种设备对此种裂缝注射环氧类高强度浆液，来确保该构件能够正常运行，在进行调制加压注射浆液时，严格按照要求进行先试验，经试验确定浆液浓度及流动性能等满足加压注射后方能正式投入使用，确保加压注射效果达到处治目标。

（4）补加：主要针对裂缝宽度较大且较深的情况，首先对裂缝进行凿切适合进行材料补加施工，凿切深度及宽度符合要求后，及时向凿切的沟槽中补加环氧类、沥青类及水泥砂浆类加强材料进行处理。在补加上述材料前，仍需先进行补加材料试配，满足要求后方可大面积使用，确保补加效果符合要求。

2.2 加固措施

（1）补加纵向大梁：主要是指针对跨度不太大的桥梁受结构裂缝影响，其自身的承重能力已经明显下降的情况下，建议采取补加纵向大梁的方法予以处理。具体即先根据试验情况确定补加的纵向大梁断面形式及材质选择，待试验确定了纵向大梁的具体参数后，再予以补加纵向大梁的施工实施，达到处理的效果。

（2）增加桥梁截面：主要是针对原有桥梁因裂缝等原因其承载能力大大降低且具备通过增加其整体梁的截面来达到恢复并进一步加强其自身承载能力的措施，具体即先根据现场地形通过模拟试验的方法确定桥梁截面增大的手段，是通过绑宽、增厚还是加强桥梁刚度等措施。待正式确定手段后，严格按照要求进行增加桥梁截面施工，确保处理达到效果。

（3）补充桥梁受力体系：主要是针对年代久远的桥梁工程中，经过近年来的桥梁实例证明其有设计不足及缺陷的情况，采取补充其受力体系的方法从而达到恢复并加强其自身承载能力的方法。具体即为对桥梁实体设计进行设计复核，找出冗余及不足部分，再根据发行的问题，按补充的设计进行严格施工，确保处理达到效果。

（4）添加体外措施：主要是指对于跨度较大、不易从结构本身进行处理的情况。如跨度过大采用传统的处理方法将达不到效果，对于结构本身已无法再添加荷载的情况等均需要通过添加体外的处理方法来恢复桥梁结构自身的承载能力。具体即通过对桥梁增加体外预应力、安装加固超轻质高强度材料等措施来提高桥梁结构的自身承载力。要求在施工前，先进行试验段施工及模拟试验，待证明处理可行后，方能大面积运用，按添加体外的要求严格进行施工作业，确保处理效果达到要求。

3 结语

桥梁工程混凝土结构裂缝的产生原因是多方面的，只有从混凝土结构的设计阶段、施工阶段以及运营阶段等各个阶段来预防和控制混凝土结构产生裂缝的可能性，做到真正从源头上堵住混凝土结构裂缝的产生。

参考文献：

[1]梅仁伟.关于桥梁结构裂缝加固施工技术探讨 [J].中国科技博览，NO.23 2009

[2]张坤明，郝帧阳.桥梁结构裂缝加固技术探讨 [J].世界家苑，NO.02 2014

在役桥梁结构论文篇3

1 动态可靠度

1.1 结构动态可靠性模型

对已有混凝土桥梁结构来说,由于环境等因素的影响,结构的耐久性能下降、抗力衰减不能忽视,结构的抗力将是使用时间的函数,因此,必须用随机过程模拟结构的抗力,于是,桥梁结构的功能函数表示为:

Z(t)=R(t)-S(t) (1)

其中,R(t)为抗力随机过程;S(t)为荷载效应随机过程。该模型被称为“全随机过程模型”,是结构可靠性的动态模型。

1.2 结构动态可靠度

桥梁结构的动态可靠度定义为:在规定的继续使用期内,在正常使用、正常维护条件下,考虑环境和结构抗力衰减等因素的影响,桥梁结构服役某一时刻后在后续服役期内完成预定功能的能力。用可靠度度量为:

Pτ(t)=P{Z(t)≥0},t∈[tτ,Ts] (2)

Z(t)=R(t)-S(t) (3)

其中,tτ为桥梁结构服役分析时刻,年;Ts为继续使用期,目前,桥梁结构的设计基准期一般定为100年;Z(t)为考虑桥梁结构tτ时刻预期技术状况的功能函数;R(t)为考虑tτ时刻预期桥梁结构状态修正和后续服役期变化的抗力随机过程;S(t)为考虑tτ时刻预期桥梁结构状态修正和后续服役期变化的荷载效应随机过程。

2 动态可靠性的基本分析方法

2.1 在役桥梁结构的荷载效应概率模型

与拟建桥梁结构相比,在役桥梁结构的本质特征是其已成为客观实体,并已使用了一段时间,因此,应在充分考虑其自身荷载信息的基础上,并保证与其可靠性分析时段时间(目标使用期)相一致来确定荷载效应的概率模型。但考虑到荷载信息的获得存在一定的困难,且在可靠度的校准中使用的荷载(荷载效应)已具备一定的代表性,因此,在役桥梁结构的荷载效应仍沿用可靠度校准中的概率模型,即采用相同的随机过程模型以及截口分布,但将设计基准期最大值分布随机变量修改为目标使用期最大值分布随机变量,计算式为:

FQTS=[FQ(x)]mTS (4)

其中,FQTS为目标使用期中荷载效应最大值随机变量QTS的分布函数;FQ(x)为荷载效应随机过程的截口分布;mTS为目标使用期内荷载效应的出现次数。

2.2 在役桥梁结构抗力的概率模型

钢筋混凝土结构的抗力取决于混凝土和钢筋的强度。结构建成后,如果不存在老化与病害现象,抗力完全可以用随机变量概率模型来描述。但大气中的CO2会造成混凝土的碳化,同时混凝土带裂缝工作时会由于H2O和O2的侵入导致钢筋锈蚀,这都将在一定程度上改变混凝土和钢筋的强度。因此考虑上述因素建立抗力的随机过程概率模型会使以此为依据的可靠度的计算更切合实际。

在役结构抗力的不定性仍取决于计算模式、材料性能及几何参数。计算模式不定性主要来自于抗力计算中的基本假定,如损伤构件受力时符合平截面假定、混凝土与钢筋间的粘结力假定等;材料强度不定性主要指材料强度随时间变化,如混凝土强度随时间变化、钢筋锈蚀后受力面积损失及力学性能改变等;几何参数在实际结构建成时,已成为定值。根据上述说明提出的抗力衰减模型为:

R(t)=KPkSR[fci(t),αi] (5)

其中,Kp为计算模式不定性随机变量;kS为钢筋与混凝土协同工作系数;R[·]为考虑时间因素的抗力计算值。对可靠性设计,抗力用随机变量来描述,并认为其服从对数正态分布。在动态可靠性评估中考虑诸多因素的影响,将抗力描述为随机过程概率模型。假定其为非平稳随机过程,并仍服从对数正态分布,则任意时点结构抗力R(t)的概率函数可表示为:

$f_{R} (r, t) = \frac{1}{\sqrt{2 π} σ_{R t}^{2}} \exp [- \frac{(l n r - μ_{R t})^{2}}{2 σ_{R t}}]$ (6)

其中,μRt,σRt分别为抗力的平均值函数和标准差函数,该两个函数是通过抗力表达式中所包含的随机过程概率模型的统计规律间接确定的。

3 结构抗力的影响因素

3.1 混凝土强度的时变

一般大气条件下混凝土性能的劣化主要指碳化腐蚀,碳化使混凝土失去碱性,并因此逐步失去了对钢筋的保护能力。国内外对混凝土长期暴露试验和在役建筑结构实测结构进行了统计分析,结果表明混凝土强度仍服从正态分布,只是混凝土强度的平均值和标准差发生变化。从理论上讲,该强度为一非平衡正态随机过程。

3.2钢筋锈蚀后引起的时变

钢筋锈蚀对安全性的影响主要有两个方面:1)锈蚀引起的钢筋截面减小,应力集中。2)由于锈蚀引起的体积增大、顺筋裂缝、保护层剥落而导致钢筋与混凝土之间的粘结力下降。

3.2.1锈后钢筋强度的改变

钢筋在锈蚀过程中,不仅受力面积减小,而且力学性能也将发生改变,并表现为钢筋的主要应力应变曲线屈服平台缩短,伸长率降低,屈服比增大。钢筋塑性,伸长率均随着锈损量的增大而降低。

将钢筋的屈服荷载与其公称面积之比称为锈损钢筋的名义屈服强度,名义屈服强度下降的原因主要有两方面:1)钢筋锈损以后有效截面面积变小,从而使其所能抵抗的拉力减小;2)锈蚀钢筋的表面凹凸不平,受力以后严重的应力集中使其所受抗拉力进一步减小。钢筋锈损越严重,应力集中等引起的屈服强度的降低越多。

3.2.2锈后钢筋与混凝土粘结性能的改变

钢筋锈蚀不可避免地会影响其与混凝土之间的粘结能力,粘结强度的降低使得荷载作用下钢筋与混凝土间的相对滑移增大,钢筋应变分布趋于均匀,钢筋的应变小于其周围混凝土的平均应变,从而导致抗弯承载力降低。因此,对受拉钢筋必须乘以协同工作降低系数,以考虑粘结退化对钢筋混凝土结构承载能力的影响。

4 结语

从文中可以看出,荷载和结构抗力都可以表达为时间的函数,只要在结构荷载模型和抗力模型中引入了时间参数t,就可以确定构件在任意受力状态下的荷载和抗力统计参数,进而用于可靠指标的计算。因此,动态可靠性理论也可以作为可靠性预测的方法,可以使人们获得任意时点结构的可靠度,从而应用于桥梁结构的可靠性评估。

摘要：介绍了钢筋混凝土桥梁构件的动态可靠性评估方法,初步分析了荷载效应概率模型、结构抗力概率模型以及抗力的影响因素,提出动态可靠性理论也可以作为可靠性的预测方法,可以使人们获得任意时点的可靠度,从而应用于桥梁结构的可靠性评估。

关键词：在役混凝土桥梁,动态可靠性,安全评估

参考文献

[1]黎冠涛.在役梁桥承载力的动态可靠度评估及应用[D].武汉:武汉大学硕士学位论文,2006.

[2]王有志,王广洋.桥梁的可靠性评估与加固[M].北京:中国水利水电出版社,2002.

[3]CB 50283-1999,公路工程结构可靠度设计统一标准[S].

在役桥梁基桩完整性检测方案研究篇4

随着国民经济的快速发展, 桥梁作为一种交通纽带, 其重要作用日益突显。桩基础由于其广泛的适用性, 在工程上被广泛应用。对于新建桩基的完整性检测, 经过多年的研究和实践已经有一套比较成熟的技术。但对于既有结构桩基检测, 目前还没有一套规范提出具体检测方案, 尚还处于研究阶段。我国是桥梁大国, 众多已建桥梁迫切需要对其桩基完整性、结构安全性进行准确评估。提出一套既有桥梁桩基完整性检测的合理方案意义重大。

目前工程上已有的在役桥梁桩基检测方案有: (1) 承台和基桩连接点以下1 m切槽激振。由于工作量大, 且横向弯曲振动影响较大很快被淘汰; (2) 桩顶下0. 5 ~ 1 m范围斜向打膨胀螺钉, 手锤敲击膨胀螺钉产生激振, 该方法同样受横向振动影响; (3) 荷兰的TNO诊断系统; (4) 美国PDI公司提出的横向螺钉连接锤击块的方法; (5) 苗永红提出的桩侧连接半球形混凝土块进行敲击的方法。接收器采用桩侧斜向切槽或者用螺钉固定仪器或采用高强度黏合剂的方法。经过高飞的研究, 采用膨胀螺钉激振和耦合剂连接仪器最为合适。本文在其研究基础上继续研究, 对于在役完整高承台桥基, 对比分析墩柱侧面离桩顶不同距离竖向激振, 承台和桩顶连接处斜向激振, 桩顶0. 5 ~ 1 m内侧面竖向激振, 研究波形特征, 并分析接收点位置在何处合理。提出一套考虑了承台、墩柱、上部结构的合理桩基激振和接收方案。

2 基本理论

本文采用的检测基础理论为一维杆波动理论。当波在理想无限长竖直杆中传播时, 用u表示杆的轴向位移, x表示杆的轴向时, 一维波动方程为:。其中。由波的传播特性, 在桩身截面阻抗突变处将会发生反射和透射。反射系数和透射系数分别如下:

式中, R, T分别是反射系数和透射系数; z1和z2分别是上下截面的阻抗 ( z = Aυρ) 。检测示意图如图1 ~ 2。

3 数值模拟

本文采用ANSYS - DYNA软件, 以某工程简支梁墩柱式桥梁为背景建立全桥模型, 桥梁单跨为22 m, 为圆管桩基, 桩径1. 2 m, 桩长18 m, 承台尺寸为6. 7 m ×1. 5 m ×1 m。承台以上有墩柱、横梁、桥面板和护栏, 为了简化计算, 选取桥梁的3#、4#、5#桥墩为对象, 对4#桩基进行检测模拟。施加的激振力为升余弦脉冲, 桩周土分为两层。模型共划分99 460个单元, 117 448 个节点。全桥模型如图3。

桥梁和桩周土材料特性见表1。

通过模拟同桥梁模型相同材料参数的独立桩基, 如图5~ 6。首波时间为0. 000 701 97 s, 桩底反射波时间为0. 017 813 s。计算出此种材料纵波波速为3 272. 74 m / s。通过对墩柱靠承台侧、中间段、靠横梁侧三处竖向激振模拟, 并分别读取与其成90°夹角的左右侧、对侧、同侧的上下侧节点速度曲线。各自的速度曲线如图7 ~ 16。发现如下特征: (1) 所有波形在首波后有剧烈的波形震荡, 这是由于上部结构和下方的承台以及三维效应引起的波面反射和多次反射; (2) 中间段波形较好, 这是由于上行至上部结构的波由于多次的反射和透射, 波量耗损所致; (3) 几乎在同一个时间点都有了桩底反射, 但反射幅不同; (4) 三个部位进行激振, 与激振位置成90°的节点速度曲线, 首波前都有反向干扰波容易引起误判, 波形前段震荡较激烈。固不易作为接收点位置; (5) 三个部位进行激振, 对侧接收点的速度曲线, 波形前段震荡时间段均长于同侧上下端接收点。但其桩底反射幅更明显, 固在分析长桩深部缺陷时较为有利; (6) 同一位置激振, 同侧节点接收, 各点速度曲线相似, 距离激振点近的点起振能量大, 起振时间靠前, 桩底反射时间较靠前; (7) 对比激振位置, 下段激振位置桩底反射较其他位置明显。

3 结论

综上所述, 在役桥梁基桩检测, 如果在墩柱侧面竖向激振, 宜选择靠近桩底端, 但不宜过近, 由前人研究发现, 距离承台最短距离由波速和激振频率决定, 本文的极限最短距离为0. 8 m, 本文选取1 m处激振。接收点宜选择同侧靠激振点竖向合适位置。现场检测时, 需要先做一个同桥梁同材料、同施工工艺的模型桩, 测出实际波速。激振时采用同点多次竖向激振, 不同点多次接收取平均值以免偶然误差, 采用扭剪波辅助检测桩基浅部缺陷和纵向缺陷。

[ID:002629]

摘要：对于在役桥梁桩基, 由于其桩顶和承台、墩柱等上部结构相连, 传统的低应变发射波检测方法无法实施。同时由于上部结构、承台、三维效应等影响, 病害和桩底波动反射往往隐藏在复杂的干扰波中。必须采取合理的激振接收方式, 并结合小波变换的时频优势, 辅以扭剪波的补充, 可以较准确地识别病害, 达到检测的目的, 本文通过ANSYS/LS-DYNA建立全桥三维模型, 分别在墩柱侧面、承台顶、桩顶侧面进行侧面竖向激振数值模拟, 分析不同检测方案波动特征, 总结出一套对于在役桥梁桩基检测方案。为实际检测提供一定的参考。

关键词：在役桥梁,桩基,低应变反射波,检测方案,数值模拟

参考文献

[1]JTJ 249-2001港口工程桩基动力检测规程[S].

[2]李学军.在役桥桩病害导波无损检测的数值模拟与实验研究[D].北京:中国地质大学, 2012.

[3]高飞.既有结构下基桩完整性检测的桩侧激振接收法[J].中国港湾建设, 2012, 32 (1) .

[4]张敬一, 陈龙珠, 马晔, 等.在役基桩检测方法的数值模拟研究[J].振动与冲击, 2013, 32 (21) .

[5]季勇志.基于三维导波理论的码头桩基无损检测方法的数值模拟研究[D].天津:天津大学, 2010.

在役公路混凝土桥梁可靠度评估篇5

1可靠性评估准则与评估模型

1.1 桥梁结构安全评估准则及指标

桥梁的可靠性评估准则是指评价桥梁结构可靠性的标准, 它包括可靠性的定义、评估指标、分级尺度以及相应的评估模型和方法。对已建结构的评估与检验, 可靠性评估是以可靠指标为度量。为使评估准则及指标的制定具有权威性和可比性, 准则和标准的制定可能依据现有的规范。但桥梁结构的可靠度构成了评估模型的核心。安全性评估准则指标可如下设置:

1) 单一受力状态下的可靠指标。指桥梁结构构件在弯曲、剪切、受压、受拉以及小偏心受力五种受力状态下的可靠指标。

2) 桥梁结构构件在实际受力状态下的可靠指标。主梁或盖梁 (弯、剪、扭) 、板 (剪、切) 、桥墩 (压、小偏心) 、支座 (抗压、滑移) 、基础 (强度、冲切) 、地基稳定 (强度、抗滑移、抗倾覆、不均匀沉降) , 在各自实际受力状态下可靠指标的计算。

3) 桥梁结构体系可靠性。在构件可靠性评估的基础上, 进行结构体系的可靠性评估, 计算结构体系的可靠指标[3]。

1.2 桥梁结构可靠性评估模型

桥梁结构可靠性评估模型的建立包括以下内容:1) 建立功能函数;2) 确定主要随机变量的概率分布及特征参数;3) 可靠度求解方法。下面给出桥梁结构可靠性评估模型的建立方法, 并以主梁抗弯功能为例, 示出概率模型表达式。

对于不同受力状态 (使用功能) 的功能函数, 可以根据规范中规定的承载能力极限状态表达式建立。

Z=R-SG-SQ (1)

其中, R, SG, SQ分别为构件截面的综合抗力、恒载效应及活载效应。该表达式包含了两个基本综合变量, 即作用效应和抗力。作用效应是指结构在荷载作用下产生的内力, 它取决于结构形式、荷载作用方式及荷载大小等。抗力是指构件截面的承载能力, 它主要取决于材料性能、几何参数及计算模式, 可通过对上述三者进行综合分析间接获得。

经大量统计发现, 抗力不拒绝对数正态分布。在可靠度评估中, 构件抗力的概率密度函数可表示为:

$f_{R} (r) = \frac{1}{\sqrt{2 π} σ_{R}} \exp [- \frac{(l n r - μ_{R})^{2}}{2 σ_{R}^{2}}]$ (2)

其中, μR, σR分别为抗力的均值函数和标准差函数, 这两个函数是通过抗力表达式中所包含概率模型的统计规律间接确定的。

梁的弯曲功能函数如下:

$R_{Μ} = f_{c} [b x (h_{0} - \frac{x}{2}) + (b^{'}_{f} - b) h^{'}_{f} (h_{0} - \frac{h^{'}_{f}}{2})]$ (3)

其中, x为等效受压区高度。

当为适筋截面时:

$x = \frac{f_{s} A_{s} - f_{c} (b^{'}_{f} - b) h^{'}_{f}}{f_{c} b}$ (4)

其中, fsAs为钢筋的抗力;h0为钢筋截面形心到梁顶端的距离;fc为混凝土棱柱体抗压强度;b为腹板宽度;b′f, h′f分别为翼板宽度与高度。

桥梁的恒荷载是由构件自重和桥面自重组成的, 对二者进行组合统计[8], 桥梁结构恒载的概率分布函数如下:恒载随机变量SQ不拒绝正态分布, 均值系数为1.014 8, 变异系数为0.043 1。

$F_{G} (x) = \frac{1}{0.043 7 G_{1 Κ} \sqrt{2 π}} \int_{- \infty}^{x} \exp [- \frac{x - 1.014 8 G_{1 Κ}}{0.003 8 G_{1 Κ}^{2}}] d x$ (5)

统计参数为:均值μG=1.014 8G1K;变异系数VG=0.043 1。

车辆活载弯矩效应的统计, 对经剔除异常值后连续测录得到的自然车队采用K-S检验法或小样本W2检验法进行截口分布的拟合检验, 并由此确定设计基准期的弯矩最大值符合极值1型分布:

$F_{Μ} (x) = \exp [- \exp (- \frac{x - 0.768 5 S_{Q Κ}}{0.053 7 S_{Q Κ}})]$ (6)

其中, SQK为汽车效应无量纲参数。

可靠指标的求解, 通常采用经典的一次二阶矩方法。设有n个随机变量Xi (i=1, 2, …, n) 为结构某一功能函数的独立、正态随机变量, 其功能函数为[6]:

Z=g (X1, X2, …, Xn) (7)

则其可靠指标可表示为:

$β = \frac{g (μ_{X_{1}}, \dots, μ_{X_{n}})}{[\sum_{i = 1}^{n} (\frac{\partial g}{\partial X_{i}} |_{μ_{x}} σ_{X_{i}})^{2}]^{\frac{1}{2}}}$ (8)

2算例

中塘桥位于温州市仙清线中塘浦口与下塘处。上部结构为3×13 m, 空心板梁。桥面净宽为 (15+1.5×2+6×2+5×2) m, 由40块空心板构成 (见图1) , 于1996年竣工。空心板截面见图2, 采用35号混凝土, 主筋直径为18 mm。

中塘桥行车道共有30块板。各板的荷载横向分布系数见图3。根据本文建立的概率模型, 对各块板进行评估。

首先确定各块板的主要随机变量 (边板主要随机变量取值见表1) 。其次采用一次二阶矩方法, 确定各板的可靠指标 (见图4) 。计算表明, 中板的可靠度指标明显高于边板, 这主要是由于边板的最不利布载远大于中板。根据规范规定, 延性破坏的目标可靠度为4.2, 故该桥满足安全要求, 可以继续运营。此外, 由于边板的外界环境较中板恶劣, 意外碰撞、腐蚀物质侵蚀、雨水浸泡都从边板开始, 因此如果考虑到材料退化对结构的作用, 边板会先于中板失效, 需要在日常维护中多加注意。

3结语

当前我国公路已经从建设高潮转变为管理养护阶段。为确保桥梁的正常运行, 首先要对现有桥梁进行调查、检测, 在此基础上, 对桥梁进行评估, 然后根据评估结果对桥梁进行有效维修或加固。本文给出的桥梁可靠度评估模型及其安全准则与指标, 可以更适合的反映桥梁实际状况, 给出更切合实际的评估结果, 有可能成为今后桥梁评估的发展方向。

参考文献

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[2]陶峰, 刘建军.服役钢筋混凝土构件承载力的试验研究[J].工业建筑, 1996 (1) :47-48.

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[5]张劲泉, 宿健.混凝土旧桥材质状况与耐久性检测评定指南及工程实例[M].北京:人民交通出版社, 2007.

[6]高谦, 吴顺川, 万林海.土木工程可靠性理论及其应用[M].北京:中国建材工业出版社, 2007.

[7]景诗庭.隧道结构可靠度[M].北京:中国铁道出版社, 2002.

[8]GB/T 50283-1999, 公路工程结构可靠度设计统一标准[S].

在役桥梁结构论文篇6

关键词：桥梁美观性,评定,模糊综合评价,隶属函数

1 评估模型的建立

模糊数学是1965年由美国著名控制论专家L.A.Zadeh创立的, 它能有效的解决经典数学难以解决的大系统复杂性问题以及在自然界和日常生活中普遍存在而无法解决的模糊性问题。模糊性是人类思维的特点之一, 模糊集合论是处理模糊现象的有效工具, 因而, 模糊数学方法近些年在系统评价领域得到了广泛的应用[1]。模糊综合评估一般分为一级模糊综合评判和多级综合评判, 鉴于美观性评估的影响因素之间的复杂性, 本文选取二级模糊综合评估对桥梁的美观性进行评估。

1.1 美观性指标的选择[2,3,4,5,6]

运用层次分析法, 将评估模型分为目标层、准则层和子准则层。目标层即为评估的最终目标:美观性, 在准则层中选取形式、功能、色彩和装饰4个指标, 各个指标包含不同的属性, 这些属性就是子准则层, 评估模型见图1。

1.2 隶属度函数的选择

隶属函数一般通过大量的专家调查后统计得到。大量的调查统计结果一般均成正态分布。但在进行模糊评估时, 若用正态分布函数作为隶属函数, 势必会使计算量大大增加。通过调查分析, 可以发现:几乎有100%的专家认为处于某一分级区间的中间1/2区段内的点属于该级别, 某点离分级边界越近, 认为该点属于这一级的专家越少, 赞成分界线附近的点属于这一级别的专家人数为35%～65%。因此, 本文采用梯形模糊数作为美观性的隶属函数, 这样即可满足评估的要求, 又可使评估的计算量大大减少[4], 如图2所示。

2 底层指标的评定准则及模糊运算过程

2.1 底层指标的评定准则

在图1所示的桥梁美观性评定模型中, 上一级的评估状态都由下一级指标的评估结果数据来决定。采用模糊理论运算规则进行既有桥梁的美观性评估的首要任务是确定底层指标的评定准则和相应的隶属度函数, 以便进行底层指标的评定和模糊化。

目前, 对于桥梁的美观性评定等级还没有较为明确的规范说明, 参照规范中将桥梁结构的技术等级分为5个等级[5], 相应的指标变量的输入维数为五维, 将导致模糊运算过程相对复杂, 所以本文将影响桥梁美观性的底层指标分为4个等级:Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级 (见表1) 。按照表1 中的划分, 可以得到一个四维的模糊评语集。

2.2 二层次模糊综合评判的过程[6]

一级评判主要指对底层指标即子准则层进行评判的过程。

1) 划分因素集U:底层指标构成因素集U={u1, u2, …, um}, 评语集为V={v1, v2, …, vn}, 把因素集划分为N个U= (U1, U2, …, UN) , 其中Ui={ui1, ui2, …, uiki}为U的子类或因素子集。

2) 对U进行一级模糊综合评判:设Ui的重要程度模糊子集为Ai, Ui的ki个因素对V的综合评判矩阵为Ri, 选择一个一级模型对Ui进行模糊综合评价。设Ui的模糊综合评价集为

$B_{i} = A_{i} \times R_{i} = (b_{i 1}, b_{i 2}, \dots, b_{i n}) (i = 1, 2, \dots, Ν) .$

3) 对U进行二级模糊综合评判:设U= (U1, U2, …, UN) 的因素重要程度模糊子集为A= (A1, A2, …, AN) , 则二级综合评判矩阵为

$R = (\begin{array}{l} B_{1} \\ B_{2} \\ ⋮ \\ B_{Ν} \end{array}) = (\begin{array}{l} A_{1} \times R_{1} \\ A_{2} \times R_{2} \\ ⋮ \\ A_{Ν} \times R_{Ν} \end{array}) \begin{array}{l} . \end{array}$

最后, 按最大隶属度原则, 最大的bj对应的等级即为最佳评判效果。

4) 二层次模糊综合评判过程模型如图3所示。

3 工程实例

重庆市石门大桥, 位于沙坪坝区中渡口与江北区大石坝间 (修建于1985-12-25——1988-12-25) , 正桥780 m, 加上引桥共1 096.5 m。主跨为独塔单索面钢筋砼斜拉桥。桥面总宽25.5 m, 两个7.5 m车行道, 中间为4.5 m的分隔带, 两侧人行道各宽3 m, 桥面标高为吴松高程225.67 m。拉索直径为5 cm, 平行钢丝组成, 采用琴拉式布置, 索塔前后盘25对共216束。其斜拉桥主孔跨径是目前我国同类桥梁中最大的跨径, 达国际一流水平, 曾获国家建筑业最高荣誉奖“鲁班奖” (见图4, 图5) 。

考虑美观性因素集U={形式 (U1) , 功能 (U2) , 色彩装饰 (U3) }, 而其中的每一因素又由更加基本的因素所决定。

对于U1, 其因素集为

$\begin{array}{l} U_{1} = {桥梁选型 u_{11}, 稳定与均衡 u_{12}, \\ 韵律 u_{13}, 完好程度 u_{14}, 比例 u_{15}} . \end{array}$

经专家评议得中原程度模糊子集为

$A_{1} = (0.30, 0.20, 0.15, 0.35, 0.20) .$

而综合评判矩阵为

$R_{1} = (\begin{matrix} 0.81 & 0.19 & 0 & 0 \\ 0.79 & 0.20 & 0.01 & 0 \\ 0.82 & 0.10 & 0.08 & 0 \\ 0.70 & 0.15 & 0.10 & 0.05 \\ 0.88 & 0.09 & 0.03 & 0 \end{matrix}) \begin{array}{l} . \end{array}$

采用加权平均模型进行综合评判得

$\begin{array}{l} B_{1} = (0.789 1, 0.152 4, 0.045 9, 0.014 6) . \\ U_{2} = {主从与对称 u_{21}, 与环境相协调 u_{22}, \\ 人文地理 u_{23}, 历史文化 u_{24}, 风格 u_{25}} \end{array}$

经专家评议得中原程度模糊子集为

$A_{2} = (0.3, 0.3, 0.2, 0.1, 0.1) .$

而综合评判矩阵为

$R_{2} = (\begin{matrix} 0.80 & 0.18 & 0.02 & 0 \\ 0.75 & 0.20 & 0.05 & 0 \\ 0.85 & 0.10 & 0.05 & 0 \\ 0.70 & 0.15 & 0.10 & 0.05 \\ 0.90 & 0.09 & 0.01 & 0 \end{matrix}) \begin{array}{l} . \end{array}$

采用加权平均模型进行综合评判得

$\begin{array}{l} B_{2} = (0.795, 0.158, 0.042, 0.005), \\ U_{3} = {整体色彩 u_{31}, 桥面系 u_{32}, 装饰 u_{33}} . \end{array}$

经专家评议得中原程度模糊子集为

$A_{3} = (0.3, 0.4, 0.3) .$

而综合评判矩阵为

$R_{3} = (\begin{matrix} 0.80 & 0.20 & 0 & 0 \\ 0.75 & 0.15 & 0.10 & 0 \\ 0.70 & 0.20 & 0.10 & 0 \end{matrix}) \begin{array}{l} . \end{array}$

采用加权平均模型进行综合评判得

$B_{3} = (0.75, 0.18, 0.07, 0) .$

由上述一级模糊综合评价集得二级综合评判矩阵为

$\begin{array}{l} R = (\begin{array}{l} B_{1} \\ B_{2} \\ B_{3} \end{array}) = \\ (\begin{matrix} 0.789 1 & 0.152 4 & 0.045 9 & 0.014 6 \\ 0.795 & 0.158 & 0.042 & 0.005 \\ 0.75 & 0.18 & 0.07 & 0 \end{matrix}) \begin{array}{l} . \end{array} \end{array}$

设U={U1, U2, U3}的因素重要程度模糊子集为A= (0.35, 0.35, 0.30) , 则采用加权平均模型进行二级模糊综合评判得二级模糊综合评价集为

$B = (0.778 8, 0.162 5, 0.051 8, 0.006 9) .$

根据最大隶属度原则, 美观性的评价为“良好”。

4 结论

本文运用二层次模糊综合评判法对桥梁的美观性进行了评估:①确定了准则层和子准则层的具体评估指标, 并且将评估模型应用于具体桥梁, 确定了其美观性等级;②各指标的权重还需更深入的探讨;③为更深入的研究桥梁美观性评估提供了一定的方法。

参考文献

[1]陈建国, 王海龙, 刘杰.钢筋混凝土结构耐久性的评估研究[J].四川建筑, 2006, 26 (4) :109-111.

[2]席绪荣.桥梁景观的内涵研究[J].中国水运, 2007, 7 (6) :76-77.

[3]王亚斌.景观桥梁结构造型设计与评价[D].合肥:合肥工业大学, 2006.

[4]万东立.钢筋混凝土结构耐久性评估研究[J].研究与设计, 2008 (3) :32-35.

[5]中华人民共和国交通部.JTJ H11-2004公路养护技术规范[S].北京:人民交通出版社, 2004.

在役桥梁结构论文篇7

依据[2]第7章的规定:根据桥梁运营荷载的调查统计情况,从典型代表交通量、大吨位车辆混入率和轴荷分布情况三个方面进行综合修正来确定活载影响修正系数,进而计算出考虑活载影响修正系数的荷载效应值S,与桥梁的实际承载能力进行比较,来判断桥梁是否满足实际的交通运输情况。然而在实际中,同时对这三者进行调查统计需要耗费很长时间,在无荷载试验的情况下,很难快速地对那些无交通记录或者近期交通调查资料不全的在役桥梁的承载能力进行评定。

因此,文章采取倒推的方法,即先利用有限元软件MIDAS/civil对属于该公路段的娄子沟大桥进行仿真模拟,根据娄子沟大桥的检测报告和相关资料确定该桥现状下的实际承载能力,然后结合典型代表交通量的调查对大吨位车辆混入率进行分析控制。

1 依托工程

1.1 工程概况简介

娄子沟大桥上部结构为预应力钢筋混凝土简支梁,桥长229.06m,跨径组合3×18.70m+3×20.00m+18.80m+3×20.00m,横向为9片空心板,桥面总宽为10.50m,下部结构为薄壁墩、重力式桥台、桩基础。

1.2 现状下该桥梁实际承载能力的确定

在役桥梁承载能力的评定方法一般主要有[3]:基于外观调查进行评定法、基于设计规范的评估方法[4]、基于可靠性理论的方法[5]、静力评估方法[1]等。

我国交通运输部在1988年颁布了“公路旧桥承载能力评定方法(试行)”,1999年修订编制“公路桥梁承载能力检测评定规程(报批稿)”,MUDHAFER H.SELMAN(穆德法)通过文献[6]证明“公路桥梁承载能力检测评定规程(报批稿)”将有利于桥梁的安全保证。

文章根据《公路桥梁承载能力评价规程》(JTG/T J21-2011)对现状下娄子沟大桥的实际承载能力进行评估[2]。

1.2.1 勤现状下该桥各个折减系数的确定[2]

根据《公路桥梁承载能力评价规程》(JTG/T J21-2011)第7.3.1条规定,可知,配筋混凝土桥梁承载能力极限状态,应根据桥梁检测结果报告,按照下列公式计算评价:

式中:γ0-结构重要性系数;S-基于汽20荷载等级下考虑活载影响修正系数计算的荷载效应;承载能力检算系数Z1、承载能力恶化系数ξe、混凝土截面折减系数ξc、钢筋截面折减系数ξs。

结合该桥梁所处的地域环境和近期检测报告,选择病害最严重的第五跨桥梁为参考,可得出各个系数值如下,具体计算参考[2]。

Z1=1.1;ξe=0.0176;ξc=0.99;ξs=0.98

1.2.2 计算模型的建立

采用midas civil对该桥第五跨桥梁进行分析计算,将1.2.1节得到的各个折减系数分别考虑进去,对原设计的混凝土截面、钢筋截面进行折减,模拟建立实际状态下的桥梁,梁单元144个,节点数量329个,钢束数量27根,边界条件数量36个。

1.2.3 现状下该桥承载能力的确定

(1)关键节点的选取。

在模型中从左到右依次选取支点、1/4、跨中单元的i端作为计算截面控制点,主要对支点的剪力,跨中的弯矩进行计算。

(2)控制截面抗力的确定。

2 大吨位车辆混入率的控制与分析

对于大部分在役桥梁,不仅要对大吨位车辆进行限载还要对其通行的数量进行限制,关于限载方面,宗雪梅通过[7][8]阐述了各种车型的限载系数和限载标准,并且评价了限载后车辆荷载的特性。关于大吨位车辆通行数量的限制,主要研究分析如下:

由式(1)可知,S为基于汽-20荷载等级下考虑活载影响修正系数计算的荷载效应,因此可通过试算荷载效应值的方法与抗力值比较得出容许的活载影响修正系数ξq,进而结合公式和交通调查情况,来分析控制大吨位车辆混入率。

2.1 确定活载影响修正系数的容许值

由此可得,满足该桥承载能力要求的活载影响修正系数容许值为1.21。

2.2 大吨位车辆混入率容许值的分析

2.2.1 基于实际的交通调查确定各修正系数

(1)交通量修正系数ξq1的确定。

近两年该桥所在路线交通量的调查及交通量修正系数如表3。

(2)轴荷载分布影响修正系数ξq3的确定[2],如表4。

2.2.2 大吨位车辆混入率容许值与交通量的关系

根据对实际交通量的调查,得到ξq1的取值范围为1.01~1.23,活载影响修正系数容许值为ξq=1.21,进而对各实际交通量中的大吨位车辆混入率容许值和轴载分布进行探讨,如表5-8。

由表可得轴载分布中轴重超过14t的百分比在[0,15%)时,各交通量对应的大吨位车辆混入影响修正系数大部分都超出了1.35,因此下面仅对轴重超过14t的百分比≥15%时,各实际交通量与大吨位车辆混入率容许值的关系进行拟合分析。拟合公式中,Y:大吨位车辆混入率容许值;X:实际交通量(由交通量修正系数换算,详见[2]中的7.7.7)。

注:交通量修正系数的计算参考[2]

注:[2]中大吨位车辆混入影响修正系数最大值为1.35,因此认为上表中反算得到超出1.35的数值失效。

图1为β≥30%和15%≤β<30%时,各交通量对应的大吨位车辆混入率容许值曲线图。

拟合公式分别为:Y=33.95+0.016X-0.00000118X2;Y=65.68+0.01006X-0.00000077X2。

3 结论

3.1 结论建议

当通过在役桥梁的承载能力反算活载影响修正系数为1.21时,大吨位车辆混入率容许值与实际交通量的关系为:

Y=33.95+0.016x-0.00000118x2;β≥30%

Y=65.68+0.01006X-0.00000077X2;15%≤β<30%

β-轴载分布中轴重超过14t的百分比。

这样,就可以根据在役桥梁近期典型代表交通量的调查对大吨位车辆进行限行,也为同类其他在役桥梁提供参考。

3.2 待研究内容

文章仅给出活载影响修正系数为1.21时,大吨位车辆混入率容许值与交通量的关系,下一步工作可以分析其他活载影响修正系数所对应的大吨位车辆混入率容许值与交通量之间的关系,为更多情况下的在役桥梁交通量的通行提供参考。

参考文献

[1]宗周红,任伟新,郑振飞.既有桥梁承载能力评估方法[J].地质工程与工程振动,2005,25(5):147-152.

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[3]李惠,王晨.桥梁承载能力评估方法对比分析[J].城市建设,2010,58(8):367-369.

[4]李亚东.基于设计规范的桥梁承载能力评估[J].桥梁建设,1996,2:61-63.

[5]林志春,王强.基于可靠度理论的既有桥梁承载力评估[J].桥涵工程,2007,4:62-65.

[6]MUDHAFER H.SELMAN(穆德法).基于不同方法的在役桥梁承载能力评估[D].西安:长安大学,2011.

[7]宗雪梅,胡大琳,高军.桥梁超重荷载与限载标准的确定[J].长安大学学报(自然科学版),2008,28(1):60-65.

在役桥梁结构论文篇8

桥梁浅基础病害日益突出, 危及到人民的生命财产安全, 为了减缓桥梁基础在运营期间受到的累积疲劳效应, 延长桥梁使用寿命, 各个国家都先后进行了浅基础加固技术研究。1973 年Brom和Winer论述了压密注浆方法的应用, 并于1975 年提出了压密注浆的设计和施工准则。德国人Steuerman首次采用振冲法处理砂土地基, 最大处理深度可达30m左右[1]。西安科技大学建筑病害研究所在陕西省蒲白矿务局皮带输送机栈桥的纠倾扶正工程中, 首先应用了静压桩加固技术。但很少有针对辽省地区浅基础加固技术的研究, 针对该地区总结了桥梁浅基础病害主要成因, 介绍了桥梁浅基础加固的方法, 结合辽宁省河流水文特点, 列举了辽宁省地区浅基础加固的工程实例, 分析了终压力与极限承载力之间的关系, 对基础加固具有参考价值。

2 浅基础桥梁病害主要成因

2.1 河水冲刷。影响在役桥梁浅基础破坏最主要的因素就是河流的冲刷, 使墩台倾斜, 基础不均匀沉降, 桥墩产生位移, 进一步影响上部结构。由于桥墩基础冲刷给桥梁的安全造成很大的安全隐患, 而水流对桥梁墩基础的冲刷又是无法避免的。

2.2 汽车超载。随着我国重载车辆的生产和投入使用, 桥梁基础受到超载荷载循环作用致使桥梁浅基础沉降增大, 勾缝脱落, 导致部分基石分离或被河水冲走, 墩台悬空, 承载力严重降低, 建于早期的浅基础桥梁已经不能满足设计要求。

2.3 人为因素。建筑业对河砂的需求急剧增加, 挖砂取石不断升温, 致使河床急剧下降, 桥墩基础暴露悬空。在河流上游建库蓄水后, 泥砂被拦截住, 无法弥补下游被掏空取走的河砂, 致使基础长期外露。汽车、船舶对桥墩撞击造成的事故也时有发生, 巨大的冲击能可以轻易地破坏埋深较浅的桥梁浅基础, 导致基础发生滑移或者倾斜, 进一步恶化为不均匀沉降、影响上部结构使用等严重后果。

2.4 施工隐患。地质情况没有采取较好的处理方法, 导致基地受力不均等引起基础沉降、倾斜、开裂、滑移等病害;监理把关不严、施工班组偷工减料等。

3 目前桥梁基础加固常用方法

3.1 静压桩加固。对于公路桥梁, 出现病害的浅基础桥梁一般跨径相对较小, 净空有限, 当采用静压桩加固基础时, 无法使用工民建中使用的大型压桩机械。鉴于此, 针对于浅基础静压桩加固采用锚杆压桩法, 利用基础本身自重。

进行压桩。在原承台侧面新建承台, 预留孔道, 通过静压钢管桩的方式逐步将基础承受荷载部分或全部转换到新的静压桩上面来, 达到对基础加固的目的。

3.2 水下预填骨料升浆混凝土加固。水下预填骨料升浆混凝土是在预先处理好的基槽中, 抛填一定粒径级配的骨料, 然后打入升浆管, 把搅拌好的水泥砂浆输送到骨料的空隙中去进行填充。

3.3 围堰施工方案。桥梁浅基础病害处理施工, 当桥梁墩、台基础位于地表水位以下或在水较深且流速较大的河流施工时, 应根据实际情况设置各种围堰。在水较深且流速较大的河流可采用木板桩或钢板 (单层或双层) 围堰。施工围堰不仅仅是临时挡水堰体, 而且是确保工程顺利施工、保证施工安全的重要措施, 因此, 围堰的填筑施工必须符合施工规范的有关要求, 并逐层碾压密实, 及时检测, 同时在施工过程中, 严格控制围堰的设计断面尺寸。

3.4 河床铺砌法。浆砌片石法为最成熟的施工工艺, 有着施工简单、施工无干扰、施工工期最短、成本最低等优点, 但其适于性受到很多的局限性。常用于墩台无振幅的季节性流水或常年迎水面的防冲刷及桥基下游的防掏空整治, 或已采取桩基托换等加固桥基的辅助补强。

3.5 桩基托换加固法。在浅基桥采取桩基托换、基底注浆或旋喷注浆等加固措施后, 采取明挖扩大基础法可以使采取的加固措施与原墩台身更好协同作用。明挖扩大基础法施工对周围的干扰小、方法简单、施工工期短, 但是造价昂贵, 质量可控性差。一般用于已完成围堰的水中放坡开挖的明挖扩大基础整治, 常年流水或季节性流水中桥基的加固。

3.6 玻璃钢袖阀管注浆加固法。通过封管和注浆两种材料进行“分次”封孔和注浆, 以此来实现分次注浆的可能, 其主要特点如下:能够根据设计要求确定注浆的范围和位置, 适合高风险注浆施工, 基本不会产生注浆盲区和薄弱区, 通过止浆塞的移动就能轻易实现注浆的位置的改变, 不同的注浆材料可以在同一注入点进行注入。

3.7 各种方法适用性评价。如果桥梁浅基础受到冲刷或其他荷载造成的破坏轻微但是有加重趋势, 对于这种病害应该采取经济性的增强基础承载力方法, 例如预填骨料升浆法。预填骨料混凝土 (Pre-placed Aggregate Concrete, PAC) 是一种二次施工方法, 预填骨料混凝土适用面很广, 特别是应用与水下施工, 如水下修复、搅拌困难的场合。浅基础由于埋深较浅, 若采用混凝土灌入加固方法, 振捣密实的过程中无疑会对浅基础产生震动影响, 引起部分土体松动, 导致二次病害。对于浅基础加固施工振捣苦难的普通方法不易保证质量的情况, 宜选用预填骨料加固法。对于冲刷淘空严重的桥梁浅基础, 承载力丧失较多属于严重的基础病害。应该采用补强能力较好的静压桩法加固方法。在新建基础的下部采用静压桩也是常用的浅基础加固方法。静压桩宜用于上覆土层较软弱, 桩端持力层为硬塑~坚硬粘性土、中密~密实碎石土、砂土、粉土层、全风化岩层、强风化岩层等场地。为了做到既不浪费又能满足桥梁浅基础加固要求, 针对不同程度桥梁浅基础病害, 应该采用适合的浅基础桥梁加固方法。

4 工程实例

本文仅列举出诸多加固技术中的静压桩加固技术的工程实例。通过Q-S曲线及试验结果分析等可确定单桩竖向极限承载力和单桩竖向承载力特征值。结果表明, 在同一条件下, 其他桩型的承载力明显低于静压管桩的单桩竖向承载力, 静压管桩的单桩竖向承载力高于按其他工法施工的预制桩的承载力, 这种现象的发生与静压管桩的受力机理有关。这些桩的承载特性与南方的静压管桩的承载特性明显不同, 南方地区的端阻力较北方低许多。

通过辽沈地区的试验结果分析及工程实践可以认为:a.摩擦型桩或端承摩擦型桩大于端承型桩、摩擦端承型桩的效应系数, 持力层越好 (硬) , 效应系数越小;b.端承型桩、摩擦端承型桩的桩长越短对应的效应系数越小;c.其他情况相同时, 桩径与效应系数成反比关系;d.在辽沈地区施工终压力与设计标高两个因素在端承桩或摩擦端承桩的施工中应该被考虑, 实行标高与终压力双重控制是可行的。

5 结论

本文总结了常用的桥梁浅基础加固技术, 并在此基础上, 对各种方法适用性进行对比分析, 结合辽宁省地区实际情况, 列举了辽宁省地区浅基础静压桩加固的工程实例, 分析了终压力与极限承载力之间的关系, 对浅基础加固技术具有借鉴意义。

参考文献

[1]王红.既有地基基础加固技术及其工程实现的研究[D].南京:南京理工大学, 2010 (4) :4-6.

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