中小跨度梁橋承載力評定基本理論簡述

王樹蘭

0 引言

在實際道路交通網中，中小橋梁數量很多，分布又廣，且混凝土梁橋占較大比重。要在每座橋上像大跨橋那樣，安裝結構狀態監測系統，至少在目前是不現實的。只能通過定期或不定期檢測評定方法，對中小橋梁的安全性能做出評定。

橋梁承載能力評估的工作內容，一般可由橋梁檢查、橋梁檢算和橋梁試驗三部分組成。

1 橋梁檢查

橋梁檢查是在管理部門經常性檢查的基礎上進行的一項特殊性檢查，也是結構檢驗工作的基礎。橋梁檢查是通過對現有橋梁各部分的技術狀況的現場觀察與檢測，查明結構缺陷、破損的現象和性質以及產生的原因，嚴重程度與發展趨勢等，分析與評估既存的缺陷或破損對結構承載能力與正常使用可能產生的影響。橋梁各部分的技術狀況是由安全性，耐久性與適用性組成，這些性能與許多因素相關，如因設計、施工與使用過程中引起的缺陷，也可能由于人為的因素或自然災害等引起的損傷等。只有對各種因素的影響進行綜合分析，才能對橋梁技術狀況作出比較切合實際的評價。橋梁檢查的主要內容為:橋面系——如橋面鋪裝、伸縮縫、排水管、緣石、人行道及欄桿等構件的現狀;主梁、橫梁、支座與墩臺等構件現狀;結構主要受力構件強度的測試;主要受力構件混凝土開裂的檢測與描繪等。

1.1 橋面系

橋面系是橋梁結構直接承受荷載的重要構造，它的狀態對于橋梁的運營質量和使用條件均有很大影響。因此，橋面系的各個組成部分應經常保持良好的技術狀況和具備正常工作的條件。橋面系的檢查一般包括以下內容:

1)橋面鋪裝層。橋面鋪裝層是否平整，有無開裂與破損現象，磨損程度。橋面橫坡和橋面凈寬是否與設計相符。2)人行道。人行道板是否開裂或破損。欄桿柱與扶手是否順直、變形過大和斷裂等。3)排水管。排水管數量是否與設計相符，部件是否殘缺，排水通暢情況。4)伸縮縫。伸縮縫破損程度，是否影響主梁的正常伸縮。5)主梁。主梁是承受荷載的主要承重構件，除了應滿足強度、穩定性的根本要求外，同時還應滿足剛度與耐久性的使用要求。主梁的檢查主要有以下幾個方面:a.主梁的各部分尺寸如梁高、肋寬、間距等是否與設計相符。b.主梁肋混凝土是否有裂縫，裂縫的寬度及開展情況，用刻度放大鏡量出裂縫的寬度，畫出裂縫的開裂情況圖。c.主梁混凝土表面是否存在蜂窩麻面或者剝落的情況。6)支座。支座是形成結構計算圖示，適應橋跨結構自由變形，并將橋梁上部結構的全部荷載傳至墩臺的裝置，是橋梁的重要組成部分。橋梁支座應經常保持清潔、潤滑及良好的工作狀態。應檢查支座鋼板是否被塵埃等物堆積掩蓋，鋼板是否銹蝕，滑動支座是否能夠按設計要求滑動。7)墩臺。墩臺是橋梁的主要承重構件，是橋梁的重要組成部分，它承受著全部橋跨的重量和汽車、人群荷載。應檢查蓋梁和墩臺表面有無開裂和破損現象，以及是否變形或傾斜等情況。根據橋梁檢查結果進行綜合分析，確定橋梁技術狀況所屬的類別與橋梁的使用條件。

1.2 主梁混凝土裂縫的分析和量測

1)混凝土裂縫的分類?；炷恋拈_裂，在鋼筋混凝土結構中一直是個具有普遍性的技術關鍵，研究結果表明，鋼筋混凝土結構在正常使用期間出現開裂現象是不可避免的。但是大量的工程實踐與經驗證明，結構的破壞也正是從混凝土的開裂及不斷擴展、老化開始的。橋梁結構混凝土開裂的發生與發展機制復雜，涉及多種因素，如結構的環境條件、設計、構造、材料、施工及使用維修等都可能影響到結構混凝土的開裂與分布。結構混凝土的裂縫按其產生原因分為正常裂縫和非正常裂縫。正常裂縫主要是由荷載的作用所引起的，出現在受拉區的裂縫寬度細小，分布比較均勻。正常裂縫一般不影響結構的強度和降低結構的承載能力，只使結構的耐久性受到一定的影響。但這一類裂縫繼續開展并達到一定寬度時，則會引起鋼筋的銹蝕、降低使用壽命;如果這種裂縫達到了規定的寬度限值，只要它是穩定的，不繼續開展，說明結構要采取措施加以保護，以免結構長期受有害介質的侵蝕。非正常裂縫往往是由于混凝土硬化時的收縮，施工時拆模吊運不當或不合理的構造與配筋等因素所造成。此類裂縫，只要采取適當的施工與構造措施，一般是可以避免的，例如注意拌合料的級配與養護，合理布置防裂鋼筋，掌握拆模調運時間，加強預制場地基礎的夯實和支撐等。非正常裂縫大多為集中的寬大裂縫，并有繼續開展老化的趨向，這種裂縫對結構的正常工作與使用構成危害。結構混凝土在各種因素作用下，出現開裂現象雖不可避免，但為保證結構的耐久性，滿足使用條件，應嚴格限制混凝土裂縫寬度，我國各有關規范大都限定最大裂縫寬度不得超過 0.2mm。2)裂縫的量測。目前，最常用的發現裂縫的方式是在構件表面刷一層石灰漿，然后借助放大鏡用肉眼查找裂縫，白色石灰漿涂層有利于襯托出試件表面的細微裂縫。通常需量測裂縫的寬度和深度。量測裂縫的寬度一般采用刻度放大鏡。較簡便的方法是采用印有不同寬度線條的寬度板與裂縫對比確定裂縫寬度。有時也可用塞尺、長標距裂縫應變片、千分表引伸儀確定裂縫寬度。裂縫深度一般取芯樣確定。對于淺裂縫和深裂縫可采用超聲法量測。3)主梁混凝土強度檢測。主梁混凝土強度主要采用回彈法檢測。

2 橋梁承載能力檢算

1)橋梁的檢算應按《公路橋涵設計通用規范》規定的結構設計理論和計算方法進行。2)橋梁的檢算荷載應根據現有橋梁所在線路的等級、交通發展等因素選擇，如需臨時通行超過設計荷載標準的超重車輛時，應按超重車輛荷載進行驗算。3)永久荷載的計算以橋梁調查獲得的結構實際尺寸或結構補強加固后的實際重量計算。4)現有橋梁的結構抗力，應以結構材料的實測強度，按《公路橋涵設計通用規范》有關規定內容和方法進行計算。5)現有橋梁的檢算，應根據橋梁的具體情況著重對結構的主要控制斷面和結構的薄弱部位進行檢算。一般情況下，可只對結構的承載能力進行檢算;但當結構開裂較嚴重、結構剛度明顯降低或結構出現異常變形等情況時，還應對結構的使用功能狀態進行檢算。6)對于橋梁上部結構的檢算，一般須進行抗彎承載能力檢算;但當梁端附近混凝土出現斜裂縫時，還應進行抗剪承載能力檢算。檢算時，應根據橋面鋪裝混凝土的完好程度及其與梁體的結合情況，確定橋面參與主梁共同工作的程度。7)對于拱橋主拱圈的檢算，應根據拱上建筑的具體構造、完好程度和檢算斷面的位置等條件進行，并適當考慮拱上建筑的聯合作用。8)對于結構形式與跨度均相同的多孔橋梁，應選擇結構缺陷或病害較嚴重的橋孔進行檢算，檢算的控制斷面應選擇受力情況最不利或結構斷面受到削弱的部位。9)當墩臺結構出現不均勻沉降、傾斜或滑移等異常情況時，除應探明地基的實際情況外，還應對墩臺等構件的承載能力和地基的承載強度進行檢算。進行地基檢算時，可按有關規定對地基的承載強度予以適當的提高。

隨著計算機技術的發展和計算機的普及，數值分析方法得到廣泛應用，也促進了樁—土—結構動力相互作用研究的發展。數值分析方法主要有:有限元法、邊界元法。

3 靜載試驗

橋梁靜載試驗是按照預定的試驗目的與試驗方案，將靜止的荷載作用于橋梁上的指定位置，觀測橋梁結構的靜力位移、靜力應變、裂縫等參量試驗項目，然后根據有關規范和規程的指標，判斷橋梁結構在荷載作用下的工作性能及使用能力。

橋梁結構靜載試驗的評價指標有兩個方面:1)根據控制點的實測值與相應的理論計算值進行比較，來說明結構所處的工作性能和安全儲備;2)將控制點的實測值與規范的允許值進行比較，從而說明結構所處的工作狀況。

4 動載實驗

橋梁結構的動載試驗是利用某種激振方法激起橋梁結構的振動，測定橋梁結構的固有頻率、阻尼比、振型、動力沖擊系數、動力響應(加速度、動撓度)等參量的試驗項目。一般情況下，動載試驗多在現場實際結構上進行，也可根據橋梁結構的特點和實際需要在室內進行結構模型的動載試驗。

橋梁動載試驗是在橋梁處于振動狀態下，利用振動儀器對振動系統各種振動量進行測定、記錄并加以分析的過程。因此，在進行動載試驗時，首先應通過激振方法使橋處于一種特定的振動狀態，以便進行相應項目的測試。其次，要合理選取測試儀器儀表組成振動測試系統，振動測試系統一般由拾振部分、放大部分和分析部分組成，其原理如圖 1所示，這兩部分可以由專門儀器配套使用，也可以交換使用。因此，要根據試驗的環境條件和試驗的要求，選擇組配合理的振動測試系統。

橋梁結構的動力特性如固有頻率、阻尼系數和振型等，它們只與結構本身的固有性質有關，如結構的組成形式、剛度、質量分布、支承情況和材料性質等，而與荷載等其他條件無關，結構的動力特性是結構系統的基本特征，是進行結構動力分析所必需的參數。在動載試驗中，可獲取大量橋梁結構振動系統的各種振動量如位移、應力、加速度等時間歷程曲線。由于實際橋梁結構的振動往往很復雜，一般都是隨機的，直接根據這樣的信號或數據來分析判斷結構振動的性質和規律是很困難的，一般需要對實測振動波形進行分析與處理，以便對結構的性能做進一步分析。常用的分析處理方法可以分為時域分析和頻域分析兩種。時域分析是直接對時程曲線進行分析，可以得出諸如振幅、阻尼比、振型、沖擊系數等參數;頻域分析是把時域信號通過傅立葉變換的數學處理變換為頻域信號，揭示信號的頻率成分和振動系統的傳遞特性。得出這些振動參量后，就可以根據有關指標綜合評價橋梁結構的動力性能。

5 結語

橋梁承載能力評定是一項復雜細致的工作，需要充分的準備工作，詳盡的了解橋梁現有資料，認真分析計算，從而為現場試驗提供可靠的理論依據。

[1] 查品才.既有橋梁承載能力評價方法分析探討[J].山西建筑，2010，36(10):331-332.