加固桥梁整体受力性能分析

冯良勇

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司 沈阳市 110166)

0 引言

随着交通量和车辆载重的日益增长，危旧桥梁数量不断增加，对这些危旧桥梁一律予以拆除重建是不科学的，也是不现实的。国内外资料表明[1-3]，旧桥的加固改造与拆除重建相比更经济，不但可以节省大量的资源，而且产生良好的经济、社会和环境效益，且对维护公路交通正常运营、保证沿线地区经济发展等具有积极意义[4-5]。

桥梁加固前后整体受力性能对比分析是十分必要的，对全面衡量桥梁加固的实际效果具有重要意义。通过对辽宁省内桥梁加固前后荷载试验数据进行统计分类，重点对比分析横向分布系数、挠度和应变校验系数等在内的各参数改善情况，总体上分析加固前后桥梁受力性能的改善程度。

1 横向分布改善情况

根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》(征求意见稿)给出利用实测挠度计算荷载横向分布系数见公式(1)

(1)

式中：mi表示试验荷载作用下，测量截面第i片主梁的荷载横向分布系数；fi表示试验荷载作用下，测量截面第i片主梁的测点挠度；n表示梁的根数。

横向分布情况反映了桥梁的横向整体性能，当实测横向分布曲线与设计横向分布曲线吻合得较好时，说明桥梁横向刚度满足设计要求。当横向分布实测值偏离其设计值时，说明桥梁的横向分布存在问题[6]。因此，提出横向分布系数偏差率指标，衡量桥梁横向分布系数实测值偏离设计值的平均程度，以此评价桥梁加固前后的横向分布情况，按下列公式计算横向分布系数偏差率：

(2)

式中：Rm表示横向分布系数实测值偏离设计值的程度；mhi表示加固前后第i根梁横向分布系数实测值；mdi表示加固前后第i根梁横向分布系数设计值；n表示梁的根数。

按上述公式的计算方法，共统计了33座加固后桥梁61个荷载试验工况和20座加固前桥梁36个荷载试验工况下的横向分布系数偏差率数据，汇总如表1。

表1 横向分布系数偏差率统计表

结合图1及统计的数据可以看出，相较于加固前，加固后桥梁的横向分布系数偏差率总体上明显降低，加固前桥梁横向分布系数偏差率分布在0.06～0.49范围内，大部分在0.10～0.35之间，0.10以内相对较少，部分偏差率高达0.40～0.65，可见加固前桥梁的横向分布普遍存在问题，桥梁的横向整体性能较差，难以满足运营的要求。加固后桥梁横向分布系数偏差率分布在0.01～0.39范围内，大部分在0.05～0.25之间，小部分在0.05以内，极少部分在0.30～0.40之间，这说明桥梁在加固后的横向分布情况得到了不同程度的改善。

图1 横向分布改善情况

2 挠度、应变校验系数改善情况

校验系数分为挠度检验系数和应变校验系数。在《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)中主要通过校验系数换算承载能力检算系数从而评定桥梁的承载能力。在2003版的《公路桥梁承载能力检测评定规程》(征求意见稿)中给出了桥梁校验系数常值表，其中钢筋混凝土梁桥挠度校验系数在0.50～0.90之间，应变校验系数在0.40～0.80之间，预应力混凝土桥挠度校验系数在0.60～1.00之间，应变校验系数在0.50～0.90之间[7]。目前，桥梁荷载试验主要依据这个范围表对校验系数进行评定，但评定中仅判定校验系数是否满足要求，即校验系数在相应范围内则满足要求，超出则不满足要求。

校验系数是反映桥梁承载能力状况的重要指标[8]。当校验系数较小时，说明结构的安全度有较大的富余量，承载能力满足运营环境的要求；当校验系数较大时，说明桥梁安全度相对降低，承载能力已接近使用极限。

校验系数按下列公式计算：

(3)

式中：ζ表示校验系数指标；She表示加固前后桥梁试验荷载作用下主要测点弹性变位或应变实测值；Shs表示桥梁试验荷载作用下主要测点弹性变位或应变理论值。

2.1 挠度校验系数

按上述公式的计算方法，共统计了33座加固后桥梁404个测点和19座加固前桥梁362个测点的挠度校验系数数据，汇总如表2。

表2 挠度校验系数统计表

结合图2及统计的数据可以看出，加固前桥梁挠度校验系数分布在0.47～1.59范围内，大部分在0.60～0.85之间，0.50以内很少，部分高达0.85～1.00，甚至少部分挠度校验系数超过了1.00，总体上说明加固前桥梁的挠度校验系数偏高。加固后桥梁挠度校验系数分布在0.15～1.00范围内，0.50以内占有比例较高，0.50～0.80范围内占有比例较为平均，0.80～1.00范围内占有比例逐渐降低，特别是0.90～1.00范围内占有比例很低，可见加固后桥梁的挠度校验系数得到了不同程度的改善。

图2 挠度校验系数改善情况

2.2 应变校验系数

按上述公式的计算方法，共统计了33座加固后桥梁384个测点和19座加固前桥梁78个测点的应变校验系数数据，汇总见表3。

表3 应变校验系数统计表

结合图3及统计的数据可以看出，加固前桥梁应变校验系数分布在0.42～1.17范围内，大部分在0.65～0.95之间，0.40以内没有，小部分分布在0.40～0.65范围内，有较大一部分在0.90～1.20之间，总体上说明加固前桥梁的应变校验系数较高。加固后桥梁应变校验系数分布在0.07～0.90范围内，0.40以内占有比例较高，0.40～0.80范围内占有比例较为平均，0.80～0.95范围内占有比例逐渐降低，特别是0.90～0.95范围内占有比例很低小，可见加固后桥梁的应变校验系数得到了较大程度的改善。

图3 应变校验系数改善情况

3 结论

通过对辽宁省内桥梁加固前后荷载试验数据进行统计分类，分析横向分布系数、挠度和应变校验系数等在内的各参数改善情况，总体上分析加固前后桥梁受力性能的改善程度。得到结论如下：

(1)总体上相较于加固前，加固后桥梁横向分布系数得到了不同程度的改善。

(2)加固后桥梁的挠度校验系数得到改善，但无论是加固前还是加固后桥梁的挠度校验系数分布在0.50～0.80范围内比例较高，这说明挠度校验系数对于反映桥梁的承载能力改善程度不是特别敏感。

(3)加固后桥梁的应变校验系数得到了较大程度的改善。这说明对于反映桥梁承载能力改善程度来说，应变校验系数比挠度校验系数更为敏感。