淺論公路混凝土中小橋梁承載能力評(píng)定

李文華 任志強(qiáng)

摘要:通過(guò)對(duì)橋梁承載能力評(píng)定方法的分析探討，提出橋梁承載能力評(píng)定過(guò)程中需要注意的問(wèn)題，分析各種參數(shù)取得過(guò)程中存在的客觀問(wèn)題，提出更準(zhǔn)確評(píng)定橋梁結(jié)構(gòu)需要完善的工作。

關(guān)鍵詞:承載能力評(píng)定；檢算系數(shù)；校驗(yàn)系數(shù)；效應(yīng)；抗力

中圖分類號(hào)：TU37文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

一、公路混凝土中小橋梁承載能力評(píng)定概述

橋梁作為中國(guó)交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)中的重要組成，在經(jīng)濟(jì)的展開(kāi)及社會(huì)的前進(jìn)中發(fā)揮著至關(guān)重要的基礎(chǔ)性推進(jìn)效果，而經(jīng)濟(jì)的高速展開(kāi)及社會(huì)的全面前進(jìn)也對(duì)橋梁等帶來(lái)較大的反效果，最為首要的表現(xiàn)是交通運(yùn)輸量的明顯提高及單車載重量的添加，這都加重著中國(guó)既有橋梁的質(zhì)量退化及正常運(yùn)用壽命縮短表象的發(fā)生，橋塌類事情在交通運(yùn)輸事端中占據(jù)著重要的份額，使得社會(huì)各界對(duì)現(xiàn)有橋梁的運(yùn)用功能及健康情況的重視程度不斷提高，而在橋梁工程界中現(xiàn)已著手從兩個(gè)方面要點(diǎn)展開(kāi)橋梁健康情況的鑒定檢測(cè)，首要集中于大型橋梁的歸納鑒定及中小橋梁承載才能的鑒定。

在中國(guó)的公路混凝土交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中，中小型橋梁的數(shù)量居多且呈現(xiàn)出散布廣泛的明顯特點(diǎn)，要想在這諸多的中小橋梁中進(jìn)行橋梁構(gòu)造的情況監(jiān)測(cè)設(shè)備及檢測(cè)體系的裝置應(yīng)用，選用如大垮橋一樣的歸納鑒定技能，目前并不具備較強(qiáng)的可行性，橋梁工程界多選用定時(shí)或許不定時(shí)的進(jìn)行荷載實(shí)驗(yàn)等檢測(cè)手法，就中小橋梁的承載才能這一重要的情況評(píng)價(jià)目標(biāo)進(jìn)行歸納鑒定，然后斷定出中小橋梁的功能穩(wěn)定性及運(yùn)用情況，這是橋梁評(píng)估工作展開(kāi)中，大跨型橋梁與中小型橋梁明顯的差異。公路混凝土中小型橋梁承載才能鑒定因所要面臨的是橋梁的實(shí)體構(gòu)造，鑒定人員雖然能夠選用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)驗(yàn)等方式獲得橋梁構(gòu)造的實(shí)踐信息，而在橋梁的施工環(huán)境及運(yùn)行環(huán)境等影響的歸納效果下，仍然會(huì)存在某些不斷定的因素在影響著鑒定成果，中小型橋梁承載才能鑒定是根據(jù)某種置信度，定性或定量的反映出橋梁的承載才能的實(shí)在情況。

二、橋梁承載能力評(píng)定方法介紹

對(duì)常用的圬工及配筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)一般采用如下公式（1）評(píng)定其承載能力：

γ0—結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》取值；

S—荷載效應(yīng)函數(shù)。荷載效應(yīng)函數(shù)計(jì)算中應(yīng)考慮活載影響修正系數(shù)ξq對(duì)活載的修正；

R—抗力效應(yīng)函數(shù)?？沽π?yīng)函數(shù)中考慮結(jié)構(gòu)截面折減系數(shù)ξc、鋼筋截面折減系數(shù)ξs的影響以及結(jié)構(gòu)承載能力惡化系數(shù)ξe的影響；

Z1—通過(guò)缺損狀況評(píng)定方法確定的承載能力檢算系數(shù)；

Z2—通過(guò)荷載試驗(yàn)方法確定的承載能力檢算系數(shù)。橋梁承載能力評(píng)定方法總體分兩種，兩種方法都需要確定橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承載能力檢算系數(shù)，該系數(shù)用來(lái)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件抗力效應(yīng)理論計(jì)算數(shù)值進(jìn)行綜合修正，通過(guò)對(duì)理論計(jì)算的綜合修正得到橋梁的實(shí)際抗力效應(yīng)水平。第一種評(píng)定方法是通過(guò)對(duì)橋梁外部缺損狀況、橋梁材質(zhì)狀況及橋梁各種狀態(tài)參數(shù)的評(píng)定標(biāo)度確定承載能力檢算系數(shù)Z1，該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以不中斷交通而對(duì)橋梁承載能力評(píng)定。第二種方法是直接通過(guò)荷載試驗(yàn)實(shí)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)變或變位與計(jì)算應(yīng)變或變位的對(duì)比確定橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承載能力檢算系數(shù)Z2，該方法的優(yōu)點(diǎn)是更加直接客觀、更準(zhǔn)確，但該方法需要對(duì)被檢測(cè)橋梁封閉交通。

三、承載能力檢算系數(shù)Z1、Z2確定

1、確定承載能力檢算系數(shù)Z1

承載能力檢算系數(shù)Z1的確定一般有兩種方法。

第一種Z1值確定方法較復(fù)雜，需要專業(yè)的測(cè)試設(shè)備及較高的專業(yè)技術(shù)水平，但結(jié)果相對(duì)客觀、準(zhǔn)確。該方法是按評(píng)定規(guī)程中構(gòu)件缺損狀況評(píng)定標(biāo)度、材質(zhì)強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)度、自振頻率評(píng)定標(biāo)度所占的不同比重確定承載能力檢算系數(shù)的評(píng)定標(biāo)度，根據(jù)檢算系數(shù)評(píng)定標(biāo)度及結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的不同受力性質(zhì)查《評(píng)定規(guī)程》中參考表得到Z1數(shù)值。其中構(gòu)件缺損狀況的評(píng)定標(biāo)度可根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》確定，相對(duì)較為簡(jiǎn)單；材質(zhì)強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)度的確定有多種方法，而且采用不同的方法測(cè)定的材質(zhì)強(qiáng)度結(jié)果會(huì)不一樣。對(duì)普通的混凝土構(gòu)件可采用回彈、超聲回彈、以及鉆取芯樣的方法確定構(gòu)件的材質(zhì)強(qiáng)度，但這些方法對(duì)于確定既有橋梁尤其是年代久遠(yuǎn)的橋梁材質(zhì)強(qiáng)度均有各自的局限性；而對(duì)于圬工橋梁實(shí)際材質(zhì)強(qiáng)度的準(zhǔn)確測(cè)定比測(cè)定混凝土構(gòu)件強(qiáng)度更困難；自振頻率標(biāo)度的評(píng)定需要較高的專業(yè)技術(shù)水平，實(shí)測(cè)頻率需要專業(yè)的測(cè)試設(shè)備，理論基頻的精確計(jì)算需要采用有限元方法；對(duì)于常規(guī)結(jié)構(gòu)可采用《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》附錄中的估算公式參考計(jì)算；根據(jù)缺損狀況、材質(zhì)強(qiáng)度及自振頻率的標(biāo)度所占不同的權(quán)重確定檢算系數(shù)的標(biāo)度后可查表得出Z1值。

第二種Z1值確定方法為專家調(diào)查法，特殊情況下方可采用該方法。該方法程序相對(duì)簡(jiǎn)單，但需要有豐富經(jīng)驗(yàn)的專家根據(jù)橋梁的實(shí)際情況做出判斷，且該方法不具有絕對(duì)的說(shuō)服力，故一般不推薦采用此方法。

2、確定承載能力檢算系數(shù)Z2

通過(guò)荷載試驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果的變位或應(yīng)變值與理論計(jì)算變位或應(yīng)變值的比值計(jì)算結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)，取應(yīng)變或變位校驗(yàn)系數(shù)的較大值ζ，根據(jù)ζ數(shù)值查表得出結(jié)構(gòu)的檢算系數(shù)Z2。荷載試驗(yàn)評(píng)定結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承載力的另一優(yōu)點(diǎn)是如果出現(xiàn)《評(píng)定規(guī)程》中的四種情況之一時(shí)可以直接判定橋梁的承載能力不滿足要求，而不需要進(jìn)一步計(jì)算結(jié)構(gòu)的抗力和效應(yīng)值。

3、荷載效應(yīng)函數(shù)S

荷載效應(yīng)函數(shù)S中包含靜載效應(yīng)與動(dòng)載效應(yīng)的組合，其中動(dòng)載即活荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的影響至關(guān)重要，尤其是建設(shè)年代較早、設(shè)計(jì)荷載等級(jí)較低的橋梁結(jié)構(gòu)對(duì)超載、超重車輛的反應(yīng)尤為敏感，故對(duì)既有橋梁承載能力評(píng)定時(shí)根據(jù)實(shí)際活載對(duì)設(shè)計(jì)活載的修正有充分的必要性，《評(píng)定規(guī)程》中引入了活載影響修正系數(shù)，但個(gè)人覺(jué)得對(duì)規(guī)程中ξq的精確計(jì)算操作起來(lái)比較困難?；钶d影響修正系數(shù)ξq考慮三方面的影響，見(jiàn)公式

ξq1—典型代表交通量影響修正系數(shù)（ξq1=Qm/Qd），根據(jù)典型代表交通量與設(shè)計(jì)交通量的比值進(jìn)行修正，根據(jù)養(yǎng)護(hù)部門(mén)的交通流量調(diào)查表可得該數(shù)值。

ξq2—大噸位車輛混入修正影響系數(shù)ξq2，大噸位車輛流量與實(shí)際車輛流量的比值。規(guī)程中質(zhì)量超過(guò)30t的車輛定義為大噸位車輛，但目前的養(yǎng)護(hù)部門(mén)并沒(méi)有對(duì)固定質(zhì)量的車輛數(shù)量進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，收集大于30t車輛的準(zhǔn)確流量是存在較大困難的。ξq3—軸荷分布影響修正系數(shù)ξq3，規(guī)程中考慮軸重超過(guò)14t車輛對(duì)活載影響的修正，該部分資料更難收集，普通橋梁結(jié)構(gòu)并無(wú)車輛軸重調(diào)查數(shù)據(jù)，要準(zhǔn)確確定該部分?jǐn)?shù)據(jù)也同樣存在困難。鑒于以上情況，要對(duì)既有橋梁活載效應(yīng)函數(shù)的合理修正還需要做很多工作：不斷完善交通流量調(diào)查數(shù)據(jù)，尤其是質(zhì)量超過(guò)30t與軸重超過(guò)14t車輛流量數(shù)據(jù)的調(diào)查與收集；實(shí)際活載對(duì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)的影響與按規(guī)程中取值計(jì)算對(duì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)影響的差異程度需要通過(guò)大量的試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查不斷完善。

4、抗力效應(yīng)函數(shù)R

由于既有橋梁鋼筋銹蝕、混凝土剝落、材料風(fēng)化、混凝土碳化等原因，構(gòu)件的實(shí)際抗力與計(jì)算抗力相比會(huì)有所下降，規(guī)程中引入截面折減系數(shù)ξc、鋼筋截面折減系數(shù)ξs以及承載能力惡化系數(shù)ξe來(lái)考慮對(duì)構(gòu)件抗力效應(yīng)的修正，該部分修正系數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果參數(shù)對(duì)抗力效應(yīng)中對(duì)應(yīng)參數(shù)進(jìn)行修正即可。

5、承載能力評(píng)定結(jié)果的判定

橋梁承載能力評(píng)定的最終目的是要確定該橋梁構(gòu)件的承載能力是否滿足要求，采用不同的評(píng)定方法判定承載能力是否滿足的標(biāo)準(zhǔn)也不同，這是實(shí)際評(píng)定過(guò)程中易忽略的地方。采用缺損狀況評(píng)定方法評(píng)定橋梁承載能力時(shí)，要求修正后的結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)值不小于修正后的荷載效應(yīng)值即可判定結(jié)構(gòu)的承載能力滿足要求。

采用荷載試驗(yàn)評(píng)定時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)《評(píng)定規(guī)程》的四種特殊情況之一時(shí)可直接判定承載能力不滿足要求；如果未出現(xiàn)這四種特殊情況，計(jì)算得出修正后的荷載效應(yīng)與修正后的抗力效應(yīng)的比值小于1.05時(shí)判定承載能力滿足要求，否則應(yīng)判定承載能力不滿足要求。這與按缺損狀況評(píng)定時(shí)的判定標(biāo)準(zhǔn)不同。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)橋梁承載能力評(píng)定方法的探討可知，要更準(zhǔn)確、客觀評(píng)定橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力不僅需要專業(yè)的測(cè)試設(shè)備、較高的專業(yè)技術(shù)水平，同時(shí)需要在交通流量調(diào)查，汽車軸重調(diào)查方面做更多的工作，實(shí)際活載對(duì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)的影響與按規(guī)程中取值計(jì)算對(duì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)影響的差異程度需要通過(guò)大量的試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查去不斷完善修正。

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