公路橋梁結(jié)構(gòu)劣化等級與結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)分析

崔樹國

（唐山市交通運輸局，河北 唐山 063000）

1 理論依據(jù)

1.1 外觀調(diào)查評定法

橋梁結(jié)構(gòu)在運營過程中由于環(huán)境和車輛荷載等因素的作用，會產(chǎn)生一定的病害，這對結(jié)構(gòu)的承載能力會產(chǎn)生不利的影響。按照病害的嚴(yán)重程度將橋梁結(jié)構(gòu)劃分為不同的劣化等級。

基于橋梁檢查的承載力評定方法是指專業(yè)工程技術(shù)人員應(yīng)用必要設(shè)備和工具對橋梁結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度、碳化深度、裂縫等外觀情況進(jìn)行觀測記錄，根據(jù)橋梁外觀調(diào)查情況，按照有關(guān)規(guī)范對橋梁進(jìn)行評分，對橋梁劣化等級做出評定。

我國2011年頒布的《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG／T H21—2011），基于大量國內(nèi)外有關(guān)橋梁技術(shù)狀況評定的文獻(xiàn)和橋梁的養(yǎng)護(hù)實踐經(jīng)驗建立了公路橋涵的檢查評定制度。該規(guī)范是在對在役橋梁進(jìn)行大量調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，提出關(guān)鍵指標(biāo)，并征求相關(guān)單位和專家的意見，給出各部件的權(quán)重系數(shù)，分級評分，最后求和，見式（1）、式（2）。

式中：SPCI——橋梁上部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評分，值域為0～100分；

SBCI——橋梁下部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評分，值域為0～100分；

BDCI——橋面系技術(shù)狀況評分，值域為0～100分；

PCCIi——橋梁上部結(jié)構(gòu)第i類部件的得分，值域為0～100分；

BCCIi——橋梁下部結(jié)構(gòu)第i類部件的得分，值域為0～100分；

DCCIi——橋面系結(jié)構(gòu)第i類部件的得分，值域為0～100分；

m——上部結(jié)構(gòu)（下部結(jié)構(gòu)或橋面系）的部件種類數(shù)；

Wi——第i類部件的權(quán)重。

式中：Dr——橋梁總體技術(shù)狀況評分，值域為0～100分；

WD——橋面系在全橋中的權(quán)重；

WSP——上部結(jié)構(gòu)在全橋中的權(quán)重；

WSB——下部結(jié)構(gòu)在全橋中的權(quán)重。

根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的評分結(jié)果，按照表1對橋梁結(jié)構(gòu)劣化等級進(jìn)行評定，不同的劣化等級對應(yīng)不同的承載力狀況，進(jìn)而對橋梁結(jié)構(gòu)的承載力狀況做出評價。

表1 橋梁技術(shù)狀況分類界限表

1.2 荷載試驗評定法

橋梁結(jié)構(gòu)荷載試驗主要包括靜載試驗和動載試驗兩類。其中，靜載試驗主要是通過在橋梁結(jié)構(gòu)上施加與設(shè)計荷載或使用荷載基本相當(dāng)?shù)耐廨d，采用分級加載的方法，利用檢測儀器測試橋梁結(jié)構(gòu)的控制部位與控制截面在各級試驗荷載作用下的撓度、應(yīng)力、裂縫、橫向分布系數(shù)等特性，據(jù)此來判斷橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。在靜載試驗中主要通過結(jié)構(gòu)的校驗系數(shù)對其承載力狀況做出評定。

結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)是指在試驗荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)的撓度（或應(yīng)力）實測值與理論計算值之比，它是評定結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)、確定橋梁承載能力的一個重要指標(biāo)。校驗系數(shù)分為應(yīng)變校驗系數(shù)和撓度校驗系數(shù)兩種，在進(jìn)行承載力評定的規(guī)范中對兩者的取值范圍的規(guī)定有一定的差別，其表達(dá)式如下：

式中：ξ——結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)；

Se——試驗荷載作用下量測的彈性變位（或應(yīng)變）值；

Ss——試驗荷載作用下的理論計算變位（或應(yīng)變）值。

結(jié)構(gòu)的校驗系數(shù)實際上反映了結(jié)構(gòu)的理論抗彎剛度與實際截面抗彎剛度的比值。校驗系數(shù)值越小，說明結(jié)構(gòu)的理論剛度與實際剛度之比越小，則結(jié)構(gòu)的潛在承載能力就越大。反之，結(jié)構(gòu)的校驗系數(shù)越大，說明結(jié)構(gòu)的理論剛度與實際剛度越接近，構(gòu)件的潛在承載能力就越小。當(dāng)校驗系數(shù)超過1時，表明結(jié)構(gòu)承載力不足。通過荷載試驗可以得到橋梁結(jié)構(gòu)的校驗系數(shù)，根據(jù)結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)以及結(jié)構(gòu)理論計算剛度值，可以對橋梁結(jié)構(gòu)的實際承載力做出推定。

2 工程實例分析

以某高速公路上的某座橋為例，上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用柱式橋墩、柱式橋臺、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。該橋設(shè)計荷載為公路—I級，橋面寬度：左幅1～3孔等寬（0.5m防撞護(hù)欄＋11.75m橋面凈寬＋0.5m防撞護(hù)欄），4～8孔變寬；右幅1～4孔變寬，5～8孔等寬（0.5m防撞護(hù)欄＋15.75m橋面凈寬＋0.5m防撞護(hù)欄）。試驗測試孔為1、2孔，撓度測點布置見圖1，應(yīng)變測點布置見圖2，有限元模型見圖3。

圖1 撓度測點布置示意圖

圖2 應(yīng)力測點布置示意圖

圖3 有限元模型

3 結(jié)果分析

對10座橋梁實測的撓度校驗系數(shù)及應(yīng)變校驗系數(shù)見表2。依據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG／T H21—2011），對橋梁技術(shù)狀況的評定見表3。

表2 撓度校驗系數(shù)及應(yīng)變校驗系數(shù)

表3 橋梁技術(shù)狀況評分及等級

由表2及表3可以看出，橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評分越高，則橋梁結(jié)構(gòu)的技術(shù)等級越高，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)的撓度校驗系數(shù)和應(yīng)力校驗系數(shù)較小，橋梁結(jié)構(gòu)的承載力情況較好。反之，橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評分越低，則橋梁結(jié)構(gòu)的技術(shù)等級越低，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)的撓度校驗系數(shù)和應(yīng)力校驗系數(shù)較大，橋梁結(jié)構(gòu)的承載力情況較差。撓度及應(yīng)變數(shù)校驗系數(shù)值趨近1時，結(jié)構(gòu)相應(yīng)的技術(shù)狀況評分有所降低，技術(shù)狀況評定等級為1的橋梁撓度校驗系數(shù)平均值是0.80，應(yīng)變校驗系數(shù)平均值小于0.80。

4 結(jié)論

4.1 通過對實體橋梁的校驗系數(shù)的統(tǒng)計分析，結(jié)合各橋的外觀調(diào)查，評定出橋梁的技術(shù)狀況分?jǐn)?shù)及等級，其結(jié)果與撓度及應(yīng)變校驗系數(shù)結(jié)果相符合。

4.2 結(jié)構(gòu)的劣化情況不同，對應(yīng)的結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)在不同的范圍內(nèi)，通過實驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以確定各劣化等級對應(yīng)的校驗系數(shù)的取值范圍，進(jìn)而對橋梁結(jié)構(gòu)的劣化等級做出評定，對橋梁結(jié)構(gòu)的承載力狀況做出合理的推定。

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