新规范下公路混凝土梁桥承载能力评定方法

张西强，陈 慧，齐杰慧

（1.中交路桥技术有限公司，北京 100018;2.北京深华达交通工程检测有限公司，北京 102208）

新规范下公路混凝土梁桥承载能力评定方法

张西强1，陈 慧2，齐杰慧1

（1.中交路桥技术有限公司，北京 100018;2.北京深华达交通工程检测有限公司，北京 102208）

介绍了新规范下现役公路混凝土梁桥承载能力检测评定办法。该办法主要是根据桥梁检测结果，采用引入分项检算系数修正极限状态设计表达式的方法进行承载力评定，提高了桥梁承载力评定客观性和可操作性。

公路混凝土梁桥;承载能力;检测评定;桥梁检测;检算系数

中华人民共和国交通部运输部于2011年10月8日发布了JTG/T J 21—2011《公路桥梁承载能力检测评定规程》（以下简称《规程》）［1］，相对于旧的桥梁承载能力评定方法，新规程主要在以下几个方面进行了修订［1-2］:①增加了适用范围，增加了钢结构的承载力检测评定;②充分利用了桥梁检查、检测和荷载试验成果，与现有养护规范进行了衔接;③桥梁承载能力检测评定根据实际检测结果引入反映桥梁实际工作状况的分项系数，使承载能力检测评定结果更能接近桥梁的实际状况;④在桥梁结构检算方面分桥型给出了结构检算分析方法;⑤桥梁荷载试验部分主要增加了动力荷载试验结果的评价分析，并对静力荷载试验部分参数取值和试验工况进行了局部调整。

该规程重点解决了检测结果的量化问题，根据桥梁检测结果，采用引入分项检算系数修正极限状态设计表达式的方法进行承载力评定，提高了桥梁承载力评定客观性和可操作性，对我国地桥梁承载能力检测评定工作具有一定的指导意义。

1 基本规定

1.1 评定适用范围

1）技术状况等级为四、五类桥梁;

2）拟提高荷载等级桥梁;

3）需要通过特殊重型车辆荷载的桥梁;

4）遭受重大自然灾害或意外事件的桥梁。

1.2 工作内容

1）桥梁缺损状况检查评定;

2）桥梁材质状况与状态参数检测评定;

3）桥梁承载能力检算评定;

4）必要时进行荷载试验评定;

5）检测评定报告编制。

1.3 评定原则及依据

对于多跨或多孔桥梁，在选择承载能力检测评定对象时，在结构形式上应体现具有代表性原则，选择最具代表性的或最不利的桥跨进行详细检查，进行承载能力检测评定。在结构技术状况和结构受力上体现最不利原则。

桥梁承载能力检算评定技术参数，宜根据竣工资料或设计文件按相关标准规范取用。对缺失技术资料桥梁，可根据桥梁检测资料，结合参考同年代类似桥梁设计文件或标准定型图采用。评定程序如图1。

图1 公路桥梁承载能力检测评定程序Fig.1 Procedure for inspection and evaluation of carrying capacity of highway bridges

2 桥梁缺损状况检查评定

桥梁缺损状况检查评定［3-4］主要参照现行桥梁检测养护规范和技术评定标准，针对所选择的承载能力检测评定桥跨实施。重点检查记录结构或构件缺损的类别、范围、分布特征和严重程度，并推断其发展变化趋势及其可能造成不利影响，进而评定其技术状况等级并最终确定缺损状况评定标度值。

桥面系、上部和下部结构技术状况等级为1～5级，对应的缺损状况评定标度值为1～5。

3 桥梁材质状况与状态参数检测评定

3.1 桥梁几何形态参数检测评定

桥梁结构几何形态参数主要是桥跨结构纵向线形和墩（台）顶的竖向和水平变位，其实测数据可用于确定桥梁结构持久荷载状态的变化或推求判定结构基础变位情况。对超静定结构，宜依据实测的结构几何参数，模拟计算分析确定当前桥梁结构在持久荷载下的内力和变位状况。

3.2 桥梁恒载变异状况调查

1）桥梁结构总体状况测量，主要包括桥梁全长、跨径、桥面宽度、桥下净空等。

2）桥梁构件截面测量，主要包括截面细部尺寸以及构件长度等。

3）桥面系重量的测量，桥面铺装分层及厚度、人行道板和栏杆重度测定。

4）其它荷载调查，如过桥管道等。

3.3 桥梁材质强度检测评定

结构混凝土强度检测，应根据现行规范要求，选取适当方法进行，如取芯法、回弹法、超声回弹综合法等［5-6］。根据相应检测结果计算平均强度匀质系数Kbm或推定强度匀质系数Kbt，查规范相应表得其评定标度，评定标度值为1～5。

3.4 混凝土钢筋锈蚀电位检测评定

对混凝土桥梁主要构件或主要受力部位，应布设测区检测钢筋锈蚀电位，每一个测区测点数不宜少于20个。混凝土中钢筋锈蚀电位检测宜采用半电池电位法，按照测区锈蚀电位水平最低值，确定钢筋锈蚀电位评定标度，根据锈蚀电位水平，依据规范评定标度值为1～5。

3.5 混凝土桥梁氯离子含量检测评定

对钢筋锈蚀电位评定标度值为3、4、5的主要构件或主要受力部位，应布置测区测定混凝土中氯离子含量及其分布，每一被测构件测区数量不宜少于3个。

混凝土中氯离子含量，可采用在结构构件上钻取不同深度的混凝土粉末样品的方法通过化学分析进行测定。

应根据混凝土钢筋处氯离子含量，判断诱发钢筋锈蚀的可能性。并按照测区最高氯离子含量值，确定混凝土氯离子含量评定标度。根据氯离子含量，依据规范评定标度值为1～5。

3.6 混凝土桥梁电阻率检测评定

对钢筋锈蚀电位评定标度值为3、4、5的主要构件或主要受力部位，应布置测区测定混凝土电阻率测量，被测构件或部位的测区数量不宜少于30个。

混凝土电阻率宜采用4电极法检测。按照测区电阻率最小值确定混凝土电阻率评定标度。测量时混凝土桥梁结构或构件应为自然状态。根据电阻率大小，依据规范评定标度值为1～5。

3.7 混凝土桥梁碳化状况检测评定

对钢筋锈蚀电位评定标度值为3、4、5的主要构件或主要受力部位，应进行碳化状况检测，被测构件或部位的测区数量不宜少于3个或混凝土强度测区数量的30%。

以测区混凝土碳化深度和实测混凝土保护层厚度的比值Kc来确定混凝土碳化评定标度值1～5。

3.8 钢筋保护层厚度检测评定办法

钢筋保护层厚度的检验，尽可能采用非破损方法，当有怀疑时可采用局部破损方法进行校准。混凝土结构保护层检查主要包括混凝土保护层厚度测量和测区钢筋分布，对缺失资料桥梁还应进行钢筋直径估测。混凝土保护层检测部位主要为主要受力部位、钢筋可能锈蚀区域，以及根据结构检算及其它检测需要确定的部位。可采用电磁检测方法对混凝土结构钢筋分布状况进行无损检测。

将实测保护层厚度与其设计值进行对比，根据规范，保护层厚度对结构的影响的评定标度值分为1～5。

3.9 桥梁结构自振频率检测评定

梁自振频率检测，测点应布置在桥梁上、下部结构振型的峰、谷点，并进行多点多方向的测量。

首先根据设计资料计算自振频率理论值fdi，然后现场测定桥梁结构主要部件自振频率fmi，依据实测值与理论值比值将其评定标度值定为1～5。

3.10 桥梁基础与地基检测评定

桥梁基础变位检测评定应包括墩台与基础沉降、倾斜、变位、转角、冻拔、滑移等。对桥梁地基的检验应符合以下规定:

1）根据桥梁结构的重要性、墩台与基础变位情况以及原岩土工程勘察资料情况，适当补充勘探孔或原位测试孔，查明土层分布及土的物理力学性质，孔位应尽可能靠近基础。

2）对于因加固维修需要增加结构自重的桥梁，尚宜在基础下取原状土进行室内土的物理力学性质试验。

4 检算要点

4.1 检算内容［7］

1）混凝土梁桥应检算板（梁）跨中正弯矩、支点附近最不利剪力、跨径1/4截面附近最不利弯矩组合效应、连续梁墩顶负弯矩和桥面板局部强度。

2）变截面连续梁桥和T形刚构桥，除应符合上一条的规定外，还应检算梁高较小的腹板厚度变化区截面弯矩组合效应和牛腿处剪力效应。

3）对少设或不设横隔板的宽箱薄壁梁，应检算畸变应力和横向弯曲应力。

4.2 检算系数确定

4.2.1 承载力检算系数Z1

混凝土结构的承载能力检算系数Z1，应综合考虑混凝土材质状况、外观质量和自振频率加以确定。其结构构件技术状况评定标度D按式（1）计算:

式中:aj为单项检测指标的权重值;Dj为结构单项检测指标的评定标度值。

式（1）中混凝土强度所占权重为0.4，外观质量和结构模态参数为0.3。根据计算所得D值查《规程》［1］表 7.7.1-2，相应受力状态下的检算系数Z1，Z1可以根据评定标度D进行线性内插。

4.2.2 承载能力恶化系数（ξe）的确定

承载能力恶化系数ξe是考虑评定期内由于结构缺损、混凝土碳化、钢筋锈蚀、混凝土保护层过薄等可能造成的结构抗力效应的降低。

构件恶化状况评定标度E按式（2）计算:

根据恶化状况评定标度E（表1）及桥梁所处的环境条件，查《规程》［1］表 7.7.4-2，得承载能力恶化系数ξe值，该值可按结构或构件恶化状况评定值线性内插。对不需要进行检测评定项目，其评定标度Ej为 1。

表1 混凝土结构或构件恶化状况评定标度Table 1 Deterioration rating scale of concrete structure or components

4.2.3 截面折减系数（ξc，ξs）的确定

截面折减主要包括混凝土材料折减和钢筋有效面积折减。构件由于材料风化、物理与化学损伤、碳化造成截面损伤的综合评定标度R按式（3）计算:

式（3）中材料风化、物理与化学损伤、碳化所占权重分别为0.10，0.55，0.35。对不需要进行检测评定项目，其评定标度Rj=1。根据构件截面损伤的综合评定标度R，可内插得混凝土结构与配筋混凝土结构的截面折减系数ξc值。

对于配筋混凝土结构中发生腐蚀的钢筋，可根据钢筋锈蚀程度按规程规定选用其截面折减系数ξs。

4.2.4 活载影响修正系数（ζq）的确定

活载影响修正系数ζq按式（4）计算:

式中:ζq1为交通量的活载影响修正系数;ζq2为大吨位车辆混入率的活载影响修正系数;ζq3为轴荷分布的活载影响修正系数。

5 承载力评定

对混凝土梁桥应从结构或构件强度、刚度、抗裂性和稳定性等4个方面进行承载能力评定持久状况下承载能力极限状态和正常使用极限状态［7-8］。

混凝土桥梁在计算桥梁结构承载力极限状态结构抗力效应时，应根据桥梁结构检测结果，在结构承载能力计算时采取引入检算系数Z1或Z2、截面折减系数ξc和ξs、承载力恶化系数ξe的方法进行修正计算，旧桥承载能力极限状态修正计算公式如式（5）:

抗力效应值按照现行设计规范进行计算，Z1，ξc，ξs，ξe按照《规程》［1］相关规定取值，对交通繁忙或重载车辆较多的桥梁，汽车荷载效应可根据实际运营荷载状况，通过活载影响修正系数ξq进行修正计算。

当桥梁结构或构件的承载力检算系数评定标度D≥3时，应桥梁结构正常使用极限状态评定计算。

作用效应与抗力效应比值在1.0～1.2时，应根据荷载试验评定承载能力。荷载试验满足要求时，取主要测点应变校验系数或变位校验系数较大值，按《规程》［1］第 8.3.3 条确定检算系数Z2，并用Z2代替Z1。当检算的荷载效应与抗力效应的比值小于1.05时，应判定桥梁承载能力满足要求;否则，判定桥梁承载能力不满足要求。

经久压实的桥梁地基土，在墩台与基础无异常变位的情况下，可以适当提高容许承载能力，最大允许提高系数为1.25。当桥头填土经久压实时，填土内摩擦角可根据土质情况适当放大5°～10°，最大不得超过50°。

6 桥梁承载能力评定报告编制

经过评定的桥梁应撰写桥梁承载能力评定报告，报告内容应简明扼要。报告主要项目包括:桥梁概况、评定目的、桥梁调查与检测情况、桥梁结构检算情况、荷载试验及资料整理分析（未作荷载试验的桥梁略去此项）、桥梁承载能力分析评定、桥梁承载能力的评定结论及处置建议。

7 结语

进行桥梁结构承载能力检测评定时，应认真做好桥梁内业资料收集和外业检测工作。一般情况下，根据桥梁检测结果以及设计资料，通过结构检算分析，对桥梁结构承载能力做出评定。当根据检测成果与检算结果对现役桥梁承载能力尚不能确定时，必须通过荷载试验对桥梁的结构状态和工作性能重新进行测试评定，确定其承载能力。

桥梁承载能力检测评定工作，除执行TG/T J 21—2011《公路桥梁承载能力检测评定规程》的规定外，尚应遵循国家及行业颁布的有关标准、规范的规定。

（References）:

［1］ JTG/T J 21—2011公路桥梁承载能力检测评定规程［S］.北京:人民交通出版社，2011.

JTG/T J 21—2011 Specification for Inspection and Evaluation of Load-Bearing Capacity of Highway Bridge［S］.Beijing:China Communications Press，2011.

［2］ 公路旧桥承载能力鉴定方法（试行）［S］.北京:人民交通出版社，1988.

Identification Methods of Load-Bearing Capacity of Old Highway Bridge（Trial Version）［S］.Beijing:China Communications Press，1988.

［3］ JTG H 11—2004公路桥涵养护规范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

JTG H 11—2004 Code for Maintenance of Highway Bridge and Culvers［S］.Beijing:China Communications Press，2004.

［4］ JTG/T H 21—2011公路桥梁技术状况评定标准［S］.北京:人民交通出版社，2011.

JTG/T H 21—2011 Standards for Technical Condition Evaluation of of Highway Bridge［S］.Beijing:China Communications Press，2011.

［5］ GB/T 50107—2010混凝土强度检验评定标准［S］.北京:中国建筑工业出版社，2010.

GB/T 50107—2010 Standard for Evaluation of Concrete Compressive Strength［S］.Beijing:China Building Industry Press，2010.

［6］ JGJ/T 23—2011回弹法检测混凝土抗压强度技术规程［S］.北京:中国建筑工业出版社，2011.

JGJ/T 23—2011 Technical Specification for Inspecting of Concrete Compressive Strength by Rebound Method［S］.Beijing:China Building Industry Press，2011.

［7］ JTG D 62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

JTG D 62—2004 Code for Design of Highway Bridge Reinforced Concrete and Prestressed Bridges and Culverts［S］.Beijing:China Communications Press，2004.

［8］ JTG D 60—2004公路桥涵设计通用规范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

JTG D 60—2004 General Code for Design of Highway Bridge and Culverts［S］.Beijing:China Communications Press，2004.

Evaluation Method of Load-Bearing Capacity of Highway Girder Bridge in New Specification

Zhang Xiqiang1，Chen Hui2，Qi Jiehui1
（1.CCCC Road＆ Bridge Consultants Co.Ltd.，Beijing 100018，China;
2.Beijing Shenhuada Traffic Engineering Testing Co.Ltd.，Beijing 102208，China）

The way of inspection and evaluation of load-bearing capacity of active-duty highway girder bridge was introduced.The proposed approach adopted the sub-calculation factor to modify the expression of the limit state design method to carry out the capacity assessment according to the bridge test results，which improves the objectivity of assessment and operability of evaluation of load-bearing capacity of girder bridge.

highway concrete girder bridge;carrying capacity;detection assessment;bridge inspection;calculation coefficients

U446.3

A

1674-0696（2013）02-0194-04

10.3969/j.issn.1674-0696.2013.02.05

2011-04-06;

2012-05-20

张西强（1980—），男，山东费县人，工程师，主要从事公路检测及加固方面的工作。E-mail:68260827@qq.com。