公路桥梁结构劣化等级与结构校验系数分析

2013-06-11崔树国

交通运输研究 2013年11期

关键词：校验挠度状况

崔树国

（唐山市交通运输局，河北唐山 063000）

1 理论依据

1.1 外观调查评定法

桥梁结构在运营过程中由于环境和车辆荷载等因素的作用，会产生一定的病害，这对结构的承载能力会产生不利的影响。按照病害的严重程度将桥梁结构划分为不同的劣化等级。

基于桥梁检查的承载力评定方法是指专业工程技术人员应用必要设备和工具对桥梁结构的混凝土强度、碳化深度、裂缝等外观情况进行观测记录，根据桥梁外观调查情况，按照有关规范对桥梁进行评分，对桥梁劣化等级做出评定。

我国2011年颁布的《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG／T H21—2011），基于大量国内外有关桥梁技术状况评定的文献和桥梁的养护实践经验建立了公路桥涵的检查评定制度。该规范是在对在役桥梁进行大量调查研究的基础上，提出关键指标，并征求相关单位和专家的意见，给出各部件的权重系数，分级评分，最后求和，见式（1）、式（2）。

式中：SPCI——桥梁上部结构技术状况评分，值域为0～100分；

SBCI——桥梁下部结构技术状况评分，值域为0～100分；

BDCI——桥面系技术状况评分，值域为0～100分；

PCCIi——桥梁上部结构第i类部件的得分，值域为0～100分；

BCCIi——桥梁下部结构第i类部件的得分，值域为0～100分；

DCCIi——桥面系结构第i类部件的得分，值域为0～100分；

m——上部结构（下部结构或桥面系）的部件种类数；

Wi——第i类部件的权重。

式中：Dr——桥梁总体技术状况评分，值域为0～100分；

WD——桥面系在全桥中的权重；

WSP——上部结构在全桥中的权重；

WSB——下部结构在全桥中的权重。

根据桥梁结构的评分结果，按照表1对桥梁结构劣化等级进行评定，不同的劣化等级对应不同的承载力状况，进而对桥梁结构的承载力状况做出评价。

表1 桥梁技术状况分类界限表

1.2 荷载试验评定法

桥梁结构荷载试验主要包括静载试验和动载试验两类。其中，静载试验主要是通过在桥梁结构上施加与设计荷载或使用荷载基本相当的外载，采用分级加载的方法，利用检测仪器测试桥梁结构的控制部位与控制截面在各级试验荷载作用下的挠度、应力、裂缝、横向分布系数等特性，据此来判断桥梁结构的工作状态。在静载试验中主要通过结构的校验系数对其承载力状况做出评定。

结构校验系数是指在试验荷载作用下桥梁结构的挠度（或应力）实测值与理论计算值之比，它是评定结构工作状态、确定桥梁承载能力的一个重要指标。校验系数分为应变校验系数和挠度校验系数两种，在进行承载力评定的规范中对两者的取值范围的规定有一定的差别，其表达式如下：

式中：ξ——结构校验系数；

Se——试验荷载作用下量测的弹性变位（或应变）值；

Ss——试验荷载作用下的理论计算变位（或应变）值。

结构的校验系数实际上反映了结构的理论抗弯刚度与实际截面抗弯刚度的比值。校验系数值越小，说明结构的理论刚度与实际刚度之比越小，则结构的潜在承载能力就越大。反之，结构的校验系数越大，说明结构的理论刚度与实际刚度越接近，构件的潜在承载能力就越小。当校验系数超过1时，表明结构承载力不足。通过荷载试验可以得到桥梁结构的校验系数，根据结构校验系数以及结构理论计算刚度值，可以对桥梁结构的实际承载力做出推定。

2 工程实例分析

以某高速公路上的某座桥为例，上部结构采用现浇预应力混凝土连续箱梁，下部结构采用柱式桥墩、柱式桥台、钻孔灌注桩基础。该桥设计荷载为公路—I级，桥面宽度：左幅1～3孔等宽（0.5m防撞护栏＋11.75m桥面净宽＋0.5m防撞护栏），4～8孔变宽；右幅1～4孔变宽，5～8孔等宽（0.5m防撞护栏＋15.75m桥面净宽＋0.5m防撞护栏）。试验测试孔为1、2孔，挠度测点布置见图1，应变测点布置见图2，有限元模型见图3。

图1 挠度测点布置示意图

图2 应力测点布置示意图

图3 有限元模型

3 结果分析

对10座桥梁实测的挠度校验系数及应变校验系数见表2。依据《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG／T H21—2011），对桥梁技术状况的评定见表3。

表2 挠度校验系数及应变校验系数

表3 桥梁技术状况评分及等级

由表2及表3可以看出，桥梁结构技术状况评分越高，则桥梁结构的技术等级越高，相应的结构的挠度校验系数和应力校验系数较小，桥梁结构的承载力情况较好。反之，桥梁结构技术状况评分越低，则桥梁结构的技术等级越低，相应的结构的挠度校验系数和应力校验系数较大，桥梁结构的承载力情况较差。挠度及应变数校验系数值趋近1时，结构相应的技术状况评分有所降低，技术状况评定等级为1的桥梁挠度校验系数平均值是0.80，应变校验系数平均值小于0.80。