橋梁承載能力評(píng)定分析

鐘海宏

廣州誠(chéng)安路橋檢測(cè)有限公司，廣東 廣州 510420

1 檢測(cè)項(xiàng)目

某大橋位于Y457線上，于2006年建成通車，全長(zhǎng)388.36m。該橋梁存在一定程度的病害：部分預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板梁底板跨中有3～5條橫向裂縫，縫寬0.06～0.16mm；部分鋼筋混凝土T梁腹板存在3～5條豎向裂縫，裂縫呈下寬上窄狀，寬0.06～0.12mm；混凝土局部有銹脹露筋現(xiàn)象。基于橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況檢查評(píng)定結(jié)果，對(duì)該橋3#、11#跨進(jìn)行包含結(jié)構(gòu)缺損狀況、自振頻率、混凝土強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)尺寸、裂縫深度、承載能力等參數(shù)的結(jié)構(gòu)特殊檢測(cè)，并基于各項(xiàng)檢查結(jié)果，對(duì)在原設(shè)計(jì)荷載作用下的上述兩跨上部結(jié)構(gòu)的支點(diǎn)及跨中截面進(jìn)行承載能力檢算評(píng)定。

2 橋梁承載能力評(píng)定結(jié)果

2.1 計(jì)算參數(shù)和荷載組合

根據(jù)設(shè)計(jì)資料及相關(guān)技術(shù)規(guī)范，確定該大橋主要計(jì)算參數(shù)如下。（1）移動(dòng)荷載：按原汽車-20級(jí)，人群3.5kN/m2，設(shè)計(jì)四車道計(jì)算，收縮徐變計(jì)算齡期為1000d。（2）荷載組合Ⅰ：根據(jù)原設(shè)計(jì)規(guī)范按原汽車-20級(jí)，人群3.5kN/m2，采用最不利荷載組合；如果橋梁結(jié)構(gòu)不滿足驗(yàn)算移動(dòng)荷載等級(jí)，則增加低等級(jí)移動(dòng)荷載進(jìn)行驗(yàn)算。

2.2 荷載效應(yīng)及抗力效應(yīng)計(jì)算

采用橋梁有限元計(jì)算軟件Midas Civil 2019建立有限元模型進(jìn)行該大橋理論計(jì)算分析，3-2#預(yù)應(yīng)力空心板梁、3-3#預(yù)應(yīng)力空心板梁、11-2#空心板梁、11-3#空心板梁的跨中截面、支點(diǎn)截面的組合Ⅰ荷載效率和彎矩、剪力以及抗力效應(yīng)的分析結(jié)果如表1所示。

表1 大橋效應(yīng)結(jié)果匯總

2.3 承載能力極限狀態(tài)評(píng)定

對(duì)該大橋3-2#、3-3#、11-2#、11-3#梁的分項(xiàng)檢算系數(shù)，如活載修正系數(shù)、承載能力檢算系數(shù)、截面折減系數(shù)、鋼筋截面折減系數(shù)、承載能力惡化系數(shù)、結(jié)構(gòu)重要系數(shù)等，按照相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行計(jì)算評(píng)定，再根據(jù)相關(guān)計(jì)算公式進(jìn)行抗彎、抗剪能力評(píng)定。

（1）橋梁承載能力惡化系數(shù)ξe。根據(jù)缺損狀況、鋼筋銹蝕電位、混凝土電阻率、混凝土碳化狀況、混凝土保護(hù)層厚度、氯離子含量、混凝土強(qiáng)度的權(quán)重和指標(biāo)評(píng)定標(biāo)度，3-2#、3-3#預(yù)應(yīng)力空心板梁和11-2#、11-3#空心板梁的惡化狀況評(píng)定標(biāo)度E為1.76，承載能力惡化系數(shù)ξe為0.035。（2）截面折減系數(shù)ξc。根據(jù)材料風(fēng)化、混凝土碳化、物理與化學(xué)損傷的權(quán)重和指標(biāo)評(píng)定標(biāo)度，3-2#、3-3#預(yù)應(yīng)力空心板梁和11-2#、11-3#空心板梁的截面損傷綜合評(píng)定標(biāo)度R為1.65，截面折減系數(shù)ξc為0.99。（3）鋼筋截面折減系數(shù)ξs。3-2#、3-3#預(yù)應(yīng)力空心板梁和11-2#、11-3#空心板梁及檢算截面沿鋼筋出現(xiàn)裂縫，寬度小于限值，鋼筋截面折減評(píng)定標(biāo)度為1，鋼筋截面折減系數(shù)ξs為0.99。（4）活載修正系數(shù)ξq?；钶d影響系數(shù)用于考慮實(shí)際橋梁所承受的汽車荷載與標(biāo)準(zhǔn)汽車荷載之間的差異，主要根據(jù)橋梁運(yùn)營(yíng)荷載的調(diào)查統(tǒng)計(jì)情況，從典型代表交通量、大噸位車輛混入率和軸荷分布情況三個(gè)方面進(jìn)行綜合修正確定。因此該橋活載修正系數(shù)ξq取1.00，即按原設(shè)計(jì)荷載進(jìn)行分析評(píng)定。（5）結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0。該橋設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，該橋的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0取1.10。（6）承載能力檢算系數(shù)Z1。根據(jù)缺損狀況、混凝土強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)自振頻率的權(quán)重和指標(biāo)評(píng)定標(biāo)度，3-2#、3-3#預(yù)應(yīng)力空心板梁和11-2#、11-3#空心板梁的承載能力檢算系數(shù)評(píng)定標(biāo)度D為1.8，承載能力檢算系數(shù)Z1為1.11。（7）組合Ⅰ抗彎、抗剪能力評(píng)定結(jié)果。根據(jù)原交通部《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21—2011），配筋混凝土橋梁承載能力極限狀態(tài)應(yīng)根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算評(píng)定：

結(jié)構(gòu)承載能力評(píng)定計(jì)算結(jié)果如表2、表3所示。

表2 組合Ⅰ抗彎能力評(píng)定表 單位：kN·m

表3 組合Ⅰ抗剪能力評(píng)定表 單位：kN

2.4 正常使用極限狀態(tài)評(píng)定

由于在定期檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)該大橋有部分構(gòu)件出現(xiàn)裂縫，為了更加全面地把控橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，檢算中增加了正常使用極限狀態(tài)評(píng)定。

3 驗(yàn)算結(jié)果

（1）承載能力極限狀態(tài)下各跨驗(yàn)算結(jié)果：3-2#、3-3#、11-2#、11-3#梁均滿足汽-20級(jí)的要求。

（2）正常使用極限狀態(tài)下各跨驗(yàn)算結(jié)果：3-2#、3-3#預(yù)應(yīng)力空心板梁限制應(yīng)力不滿足汽-20級(jí)的要求，滿足汽-15級(jí)要求，變形均滿足要求；11-2#、11-3#空心板梁裂縫寬度及變形均滿足汽-20級(jí)的要求。

4 結(jié)束語

橋梁承載能力的檢測(cè)和評(píng)定直接關(guān)系橋梁工程的使用安全。檢測(cè)和評(píng)定工作所涉及的方法和標(biāo)準(zhǔn)的涵蓋面廣、要求量多，隨著先進(jìn)理論和技術(shù)的不斷推動(dòng)，橋梁承載能力的檢測(cè)和評(píng)定技術(shù)將朝著更加科學(xué)化、規(guī)范化的方向發(fā)展。同時(shí)，該技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展有助于推動(dòng)行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，有利于在役橋梁的養(yǎng)護(hù)和管理工作的開展。