在役橋梁承載能力驗(yàn)算分析

尚德坤

河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司（450006）

在役橋梁承載能力驗(yàn)算分析

尚德坤

河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司（450006）

近年來，交通量的日益增大對在役橋梁的承載能力要求越來越高，一些舊橋是否能夠滿足目前交通狀況的需求成為一個(gè)重要課題，對在役橋梁承載能力的評定顯得尤為重要。

在役橋梁；承載能力；評定驗(yàn)算

1 橋梁概述

本橋位于鄭州市大學(xué)路金水河交叉處，上部結(jié)構(gòu)為一聯(lián)2×13 m鋼筋混凝土簡支T梁橋，橫向由13片T梁組成，采用30號混凝土。下部結(jié)構(gòu)采用柱式橋墩，肋式橋臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋面寬度為3 m(人行道)＋22.0 m(行車道)＋3 m(人行道)。橋梁設(shè)計(jì)荷載為汽車-20級，掛車-100級。該橋建于1974年。大學(xué)路金水河橋標(biāo)準(zhǔn)斷面圖如圖1所示。

圖1 橋梁半橋墩剖面圖（單位：cm）

2 承載能力驗(yàn)算分析

選擇最不利或有代表性的橋跨結(jié)構(gòu)或構(gòu)件作為承載能力檢測評定的對象，并通過結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，初步確定橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載能力；對初步確定的承載能力檢測評定對象，根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的實(shí)際檢測結(jié)果，對分項(xiàng)檢測指標(biāo)做出評判，最后根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的設(shè)計(jì)或竣工技術(shù)資料，通過結(jié)構(gòu)檢算分析，評定橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載能力及其使用條件[1]。

大學(xué)路金水河橋?yàn)殇摻罨炷梁喼梁橋，按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用極限狀態(tài)法計(jì)算，并考慮橋梁現(xiàn)狀對承載能力進(jìn)行評價(jià)。選取彎矩及剪力最大斷面作為計(jì)算對象[2]，對其做結(jié)構(gòu)檢算和承載能力評定。

2.1 作用效應(yīng)計(jì)算

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，采用Midas/Civil建立梁格計(jì)算模型，對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度復(fù)核。

2.1.1 材料特性

1）混凝土

T梁采用30號混凝土，其材料參數(shù)如表1所示，T梁截面如圖2所示[3]，截面參數(shù)計(jì)算表如表2所示[4]。

表1 材料參數(shù)表

圖2 截面一般構(gòu)造圖(單位：cm)

表2 截面參數(shù)計(jì)算表

2）鋼筋

主筋采用II級鋼筋，鋼筋抗拉、抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度340 MPa。箍筋采用I級鋼筋，鋼筋抗拉、抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度240 MPa?？缰薪孛娴撞坎贾?0根準(zhǔn)28 mm縱向受拉鋼筋，支點(diǎn)截面布置4根準(zhǔn)28 mm彎起鋼筋，準(zhǔn)8 mm雙肢箍筋，箍筋間距為15 cm。

2.1.2 驗(yàn)算荷載

驗(yàn)算荷載采用設(shè)計(jì)荷載：汽車-20級。

2.1.3 內(nèi)力計(jì)算

T梁關(guān)鍵截面內(nèi)力計(jì)算值如表3所示。

表3 關(guān)鍵截面最不利荷載

2.1.4 荷載組合

荷載組合根據(jù)橋規(guī)（JTJ 021—89、JTJ 023—85）的規(guī)定，按如下組合考慮。組合后的內(nèi)力如表4所示。

荷載組合工況：1.2恒載+1.4汽車

表4 內(nèi)力組合匯總表

2.2 截面強(qiáng)度驗(yàn)算

按照承載能力極限狀態(tài)對截面強(qiáng)度進(jìn)行復(fù)核，T梁截面最大正彎矩截面、最大剪力截面、變形驗(yàn)算如下：

2.2.1 最大正彎矩截面驗(yàn)算

故跨中截面強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2.2 支點(diǎn)最大剪力驗(yàn)算

故支點(diǎn)截面強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2.3 變形驗(yàn)算

在汽車荷載作用下，跨中最大豎向位移為f= 3.683×10-3m

2.3 承載能力極限狀態(tài)評定

2.3.1 承載能力極限狀態(tài)評定參數(shù)確定

1）承載能力檢算系數(shù)（Z1）的確定

綜合考慮橋梁或構(gòu)件表觀缺損狀況（權(quán)重0.4）、材質(zhì)強(qiáng)度（權(quán)重0.3）和自振頻率（權(quán)重0.3）等檢測評定結(jié)果，確定構(gòu)件技術(shù)狀況評定值D，見表5。

表5 構(gòu)件技術(shù)狀況評定值

得到該橋梁的承載能力檢算系數(shù)Z1為1.02。

2）承載能力惡化系數(shù)（ξe）的確定

對于鋼混結(jié)構(gòu)，根據(jù)結(jié)構(gòu)表觀狀況、構(gòu)件材質(zhì)強(qiáng)度、鋼筋銹蝕電位、混凝土電阻率、混凝土中氯離子含量、混凝土碳化深度、鋼筋保護(hù)層厚度等檢測評定結(jié)果，采用考慮各檢測指標(biāo)影響權(quán)重的綜合評定方法，計(jì)算構(gòu)件的惡化狀況評定值E，最后根據(jù)不同環(huán)境條件，取用承載能力惡化系數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場檢查情況分別對以上各檢測指標(biāo)給出評定標(biāo)度值見表6。

表6 構(gòu)件惡化狀況評定值

得到橋梁承載能力惡化系數(shù)ξe為0.031。

3）截面折減系數(shù)（ξc、ξs）的確定

考慮由于材料風(fēng)化、碳化、物理與化學(xué)損傷引起的結(jié)構(gòu)構(gòu)件有效截面損失（ξc），以及由于鋼筋腐蝕剝落造成的鋼筋有效截面的損失（ξs），對結(jié)構(gòu)截面抗力效應(yīng)的影響。根據(jù)各檢測指標(biāo)評定標(biāo)度值，計(jì)算得到構(gòu)件截面損傷的綜合評定值R見表7。

表7 構(gòu)件截面損傷的綜合評定值

根據(jù)截面損傷的綜合評定值R，得出截面折減系數(shù)ξc=0.968

鋼筋的截面折減系數(shù)ξs值的確定；評定標(biāo)度值為1，鋼筋截面折減系數(shù)ξs為0.985。

4）活載影響修正折減系數(shù)（ξq）的確定

考慮汽車檢算荷載的活載影響修正系數(shù)時(shí)，交通量的活載影響修正系數(shù)ξq2取為1.10，其他ξq1和ξq3均取為1.00，檢算荷載的活載影響修正系數(shù)ξq= (ξq1ξq2ξq3)1/3=1.032。

2.3.2 基于檢測結(jié)果的承載力評定計(jì)算

1）跨中最大正彎矩截面

計(jì)算結(jié)果表明，在設(shè)計(jì)荷載等級汽車-20級作用下，考慮承載能力檢算系數(shù)后，按照鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對T梁進(jìn)行極限承載能力評定，T梁最大正彎矩截面強(qiáng)度滿足荷載極限承載能力的要求。

2）支點(diǎn)最大剪力截面

3 結(jié)語

計(jì)算結(jié)果表明，在設(shè)計(jì)荷載等級汽車-20級作用下，考慮承載能力檢算系數(shù)后，按照鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對T梁進(jìn)行極限承載能力評定，T梁支點(diǎn)最大剪力截面強(qiáng)度滿足荷載極限承載能力的要求。

[1]JTG/TJ21—2011,公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程[S].

[2]CJJ99—2003,城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

[3]CJJ11—2011,城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]JTGD 62—2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].