鋼筋混凝土剛架拱橋承載能力檢算方法

郭巖昕

（健研檢測集團有限公司，福建 廈門 365004）

0 引言

鋼筋混凝土剛架拱橋作為我國在改革開放初期，特殊國情下出現(xiàn)的一種新型拱橋，具有自重輕、材料省、整體性能好、外觀美觀、裝配化程度高等優(yōu)點，它是在雙曲拱橋、桁架拱橋和斜腿剛架拱橋的基礎上發(fā)展起來的，結構受力較復雜，屬于高次超靜定結構。由于社會經(jīng)濟的發(fā)展，交通量增長過快，在重型汽車反復作用下，橋梁主體結構出現(xiàn)裂縫，承載能力降低，大大影響了該種橋型的使用壽命[1-3]。基于以上原因，為了解該類橋梁的剩余承載能力和使用壽命，確保橋梁的安全運營，減輕橋梁檢測支出，減少財政負擔，通常對該類橋梁進行承載能力檢算。

1 工程背景

2 檢算原則

根據(jù)橋梁實際情況，只進行橋梁單跨關鍵截面的檢算。檢算時以實際調查的結構各部尺寸及材料強度為依據(jù)，有嚴重質量問題的構件，根據(jù)檢查資料進行強度折減。由于所檢查橋梁的下部結構均質量狀況良好，未發(fā)現(xiàn)不均勻沉降、滑移或傾斜等病害的存在，因此本次檢算不對地基承載能力進行檢算。計算永久荷載時考慮橋梁實際恒載重量。

主要計算參數(shù)：

（1）恒載：恒載為結構自重和二期鋪裝荷載；

（2）活載：汽車荷載：汽-15 級，掛-80；人群荷載：3kN/m2；

（3）溫度荷載：溫度作用按《公路橋涵設計通用規(guī)范》規(guī)定取值；

（4）混凝土的收縮徐變：根據(jù)《評定規(guī)程》規(guī)定，計算模型中混凝土收縮徐變按溫度下降10℃考慮[4]；

（5）上部結構材料特性：混凝土：拱圈采用30 號混凝土，換算強度C28；鋼筋：受力主筋為Ⅱ級鋼筋，構造鋼筋為Ⅰ級鋼筋。

3 檢算及折減系數(shù)的確定[4]

3.1 承載能力檢算系數(shù)()

根據(jù)橋梁前期檢測的表觀缺損狀況、材質強度和橋梁結構的自振頻率的檢測評定結果，結合相應的承載能力檢算系數(shù)，檢測指標各權重值，計算得到承載能力檢算系數(shù)評定標度，并結合結構或構件受力特點最終確定承載能力檢算系數(shù)該橋結構的承載能力檢算系數(shù)評定標度=2.2，得到檢算系數(shù)Z1=1.08。

3.2 承載能力惡化系數(shù)()

承載能力惡化系數(shù)（ξe）主要是考慮了橋梁在評定期內(nèi)質量狀況進一步衰退減弱產(chǎn)生的不利影響，通過這一系數(shù)來反映對結構抗力效應可能造成的降低。其主要考慮了結構或構件的缺損狀況、鋼筋銹蝕電位、混凝土電阻率、混凝土碳化深度、鋼筋保護層厚度、混凝土中氯離子含量和混凝土強度推定值等影響因素，通過前期外觀檢測和結構檢測確定各因素的影響權重，并綜合考慮環(huán)境條件加以確定。

3.3 截面折減系數(shù)()

在檢算結構抗力效應時，由于材料風化、碳化、物理與化學損傷等會引起結構或構件有效截面損失或缺失，造成結構構件截面抗力效應降低，引入截面折減系數(shù)來考慮這一不利影響。

該剛架拱橋根據(jù)材料風化、碳化、物理與化學損傷的評定標度并結合各相應權重值得到的截面損傷的綜合評定標度，得出截面折減系數(shù)=0.99；橋梁出現(xiàn)裂縫，裂縫寬度小于規(guī)范限值，截面鋼筋折減系數(shù)=0.99。

4 荷載組合效應

4.1 有限元模型

根據(jù)設計文件，采用Midas civi1 有限元軟件建立整體計算模型，得到橋體的控制設計內(nèi)力，根據(jù)控制內(nèi)力進行橋體承載能力計算，計算模型見圖1。結合本橋的結構特點及截面形式，選取拱頂截面（A-A）、實腹段與拱腿交接處（B-B）和拱腳截面（C-C）進行承載能力檢算，檢算控制截面見圖2。

圖1 果喜大橋有限元模型

圖2 檢算控制截面

4.2 荷載效應組合

根據(jù)設計文件，通過有限元模型計算、分析可得到拱肋的設計荷載作用效應，根據(jù)《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTG D60-2015）進行承載能力極限狀態(tài)荷載效應組合）[5]。組合設計值見表1。

表1 承載能力極限狀態(tài)下荷載效應組合

5 極限狀態(tài)下承載能力檢算

由《評定規(guī)程》（JTG/T J21-2011），配筋混凝土橋梁承載能力極限狀態(tài)，應依據(jù)橋梁檢測結果按下式進行評定[4]：

拱橋在荷載作用下，拱肋主要承受軸力、彎矩及剪力，即為偏心受壓構件。

經(jīng)計算，各截面在部分荷載組合工況下為大偏心受壓構件，在部分荷載組合工況下為小偏心受壓構件，具體結果見表2。

表2 主拱肋主要截面強度驗算結果

6 正常使用極限狀態(tài)下承載能力檢算

7 結束語

經(jīng)過檢算，該剛架拱橋控制截面的抗力在考慮檢算系數(shù)和折減系數(shù)后，承載能力滿足汽-15 的荷載要求，但在部分荷載組合工況下，承載能力富余量基本為0。為進一步評估橋梁結構現(xiàn)有承載能力，建議對該橋進行荷載試驗，并根據(jù)試驗結果委托有相關資質的單位進行維修加固；在加固之前，應該采取限載措施。本文通過對某一鋼筋混凝土剛架拱橋的承載能力評定檢算進行了相關的探討，希望能夠予以相關工程一定的幫助。