公路桥梁承载能力评定方法探讨

2013-08-08黄小国

中国建筑科学 2013年4期

关键词：抗力效应

黄小国

摘要：通过对桥梁承载能力评定方法的分析探讨，提出桥梁承载能力评定过程中需要注意的问题，分析各种参数取得过程中存在的客观问题，提出更准确评定桥梁结构需要完善的工作。

关键词：承载能力评定；检算系数；校验系数；效应；抗力

Highway bridges carrying capacity assessment methods to explore

Huang Xiao-guo

( Liaoning Datong Highway Engineering Co., Ltd. Shenyang, 110166,China )

Abstract: Through the analysis of the the bridges carrying capacity assessment methods explore the issues that need attention in the the bridges carrying capacity assessment process, analysis of various parameters to obtain the objective problem and propose a more accurate assessment of the bridge structure needs to improve work.

Key words: carrying capacity assessment; inspecting calculation coefficient; calibration coefficient; effect; resistance

引言

评定公路桥梁承载能力的方法有多种，但要准确评定某一桥梁的承载能力却比较困难，同一桥梁采用不同的评定方法可能会有不同的评定结果。2011年交通部发布《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）,修订此前使用的《公路旧桥承载能力鉴定方法（试行）》（1988年）；本文就《公路桥梁承载能力检测评定规程》（以下简称《评定规程》）中的桥梁承载能力评定方法做一些分析和探讨。

1．桥梁承载能力评定方法介绍

对常用的圬工及配筋混凝土桥梁结构一般采用如下公式评定其承载能力：

γ0S≤R•Z1 （当用荷载试验评定时用Z2代替Z1）

γ0—结构重要性系数。按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004）取值。

S—荷载效应函数。荷载效应函数计算中应考虑活载影响修正系数ξq对活载的修正。

R—抗力效应函数。抗力效应函数中考虑结构截面折减系数ξc、钢筋截面折减系数ξs的影响以及结构承载能力恶化系数ξe的影响。

Z1—通过缺损状况评定方法确定的承载能力检算系数。

Z2—通过荷载试验方法确定的承载能力检算系数。

桥梁承载能力评定方法总体分两种，两种方法都需要确定桥梁结构或构件承载能力检算系数，该系数用来对桥梁结构或构件抗力效应理论计算数值进行综合修正，通过对理论计算的综合修正得到桥梁的实际抗力效应水平。第一种评定方法是通过对桥梁外部缺损状况、桥梁材质状况及桥梁各种状态参数的评定标度确定承载能力检算系数Z1，该方法的优点是可以不中断交通而对桥梁承载能力评定。第二种方法是直接通过荷载试验实测桥梁结构应变或变位与计算应变或变位的对比确定桥梁结构或构件承载能力检算系数Z2，该方法的优点是更加直接客观、更准确，但该方法需要对被检测桥梁封闭交通。

2．承载能力检算系数Z1、Z2确定

通过检查评定方式确定的承载能力检算系数在规程中定义为Z1，而通过荷载试验方式确定的承载能力检算系数规程中定义为Z2，桥梁承载能力评定的关键工作是确定承载能力检算系数Z1与Z2。

2．1 确定承载能力检算系数Z1

承载能力检算系数Z1的确定一般有两种方法。

第一种Z1值确定方法较复杂，需要专业的测试设备及较高的专业技术水平，但结果相对客观、准确。该方法是按评定规程中构件缺损状况评定标度、材质强度评定标度、自振频率评定标度所占的不同比重确定承载能力检算系数的评定标度，根据检算系数评定标度及结构或构件的不同受力性质查《评定规程》中参考表得到Z1数值。其中构件缺损状况的评定标度可根据《公路桥梁技术状况评定标准》确定，相对较为简单；材质强度评定标度的确定有多种方法，而且采用不同的方法测定的材质强度结果会不一样。对普通的混凝土构件可采用回弹、超声回弹、以及钻取芯样的方法确定构件的材质强度，但这些方法对于确定既有桥梁尤其是年代久远的桥梁材质强度均有各自的局限性；而对于圬工桥梁实际材质强度的准确测定比测定混凝土构件强度更困难；自振频率标度的评定需要较高的专业技术水平，实测频率需要专业的测试设备，理论基频的精确计算需要采用有限元方法；对于常规结构可采用《公路桥涵设计通用规范》附录中的估算公式参考计算；根据缺损状况、材质强度及自振频率的标度所占不同的权重确定检算系数的标度后可查表得出Z1值。

第二种Z1值确定方法为专家调查法，特殊情况下方可采用该方法。该方法程序相对简单，但需要有丰富经验的专家根据桥梁的实际情况做出判断，且该方法不具有绝对的说服力，故一般不推荐采用此方法。

2．2确定承载能力检算系数Z2

通过荷载试验实测结果的变位或应变值与理论计算变位或应变值的比值计算结构校验系数，取应变或变位校验系数的较大值ζ，根据ζ数值查表得出结构的检算系数Z2。荷载试验评定结构或构件承载力的另一优点是如果出现《评定规程》中的四种情况之一时可以直接判定桥梁的承载能力不满足要求，而不需要进一步计算结构的抗力和效应值。

3．荷载效应函数S

荷载效应函数S中包含静载效应与动载效应的组合，其中动载即活荷载对结构的影响至关重要，尤其是建设年代较早、设计荷载等级较低的桥梁结构对超载、超重车辆的反应尤为敏感，故对既有桥梁承载能力评定时根据实际活载对设计活载的修正有充分的必要性，《评定规程》中引入了活载影响修正系数，但个人觉得对规程中ξq的精确计算操作起来比较困难。活载影响修正系数ξq考虑三方面的影响:

ξq=

ξq1—典型代表交通量影响修正系数（ξq1=Qm/ Qd），根据典型代表交通量与设计交通量的比值进行修正，根据养护部门的交通流量调查表可得该数值。

ξq2—大吨位车辆混入修正影响系数ξq2，大吨位车辆流量与实际车辆流量的比值。规程中质量超过30t的车辆定义为大吨位车辆，但目前的养护部门并没有对固定质量的车辆数量进行详细调查，收集大于30t车辆的准确流量是存在较大困难的。

ξq3—轴荷分布影响修正系数ξq3，规程中考虑轴重超过14t车辆对活载影响的修正，该部分资料更难收集，普通桥梁结构并无车辆轴重调查数据，要准确确定该部分数据也同样存在困难。

鉴于以上情况，要对既有桥梁活载效应函数的合理修正还需要做很多工作：不断完善交通流量调查数据，尤其是质量超过30t与轴重超过14t车辆流量数据的调查与收集；实际活载对结构效应的影响与按规程中取值计算对结构效应影响的差异程度需要通过大量的试验与现场调查不断完善。

4．抗力效应函数R

由于既有桥梁钢筋锈蚀、混凝土剥落、材料风化、混凝土碳化等原因，构件的实际抗力与计算抗力相比会有所下降，规程中引入截面折减系数ξc、钢筋截面折减系数ξs以及承载能力恶化系数ξe来考虑对构件抗力效应的修正，该部分修正系数可根据现场调查结果参数对抗力效应中对应参数进行修正即可。

5．承载能力评定结果的判定

桥梁承载能力评定的最终目的是要确定该桥梁构件的承载能力是否满足要求，采用不同的评定方法判定承载能力是否满足的标准也不同，这是实际评定过程中易忽略的地方。

采用缺损状况评定方法评定桥梁承载能力时，要求修正后的结构抗力效应值不小于修正后的荷载效应值即可判定结构的承载能力满足要求。

采用荷载试验评定时，当出现《评定规程》的四种特殊情况之一时可直接判定承载能力不满足要求；如果未出现这四种特殊情况，计算得出修正后的荷载效应与修正后的抗力效应的比值小于1.05时判定承载能力满足要求，否则应判定承载能力不满足要求。这与按缺损状况评定时的判定标准不同。

6．结语