公路橋梁結構劣化等級與結構校驗系數分析

崔樹國

（唐山市交通運輸局，河北 唐山 063000）

1 理論依據

1.1 外觀調查評定法

橋梁結構在運營過程中由于環境和車輛荷載等因素的作用，會產生一定的病害，這對結構的承載能力會產生不利的影響。按照病害的嚴重程度將橋梁結構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工程技術人員應用必要設備和工具對橋梁結構的混凝土強度、碳化深度、裂縫等外觀情況進行觀測記錄，根據橋梁外觀調查情況，按照有關規范對橋梁進行評分，對橋梁劣化等級做出評定。

我國2011年頒布的《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG／T H21—2011），基于大量國內外有關橋梁技術狀況評定的文獻和橋梁的養護實踐經驗建立了公路橋涵的檢查評定制度。該規范是在對在役橋梁進行大量調查研究的基礎上，提出關鍵指標，并征求相關單位和專家的意見，給出各部件的權重系數，分級評分，最后求和，見式（1）、式（2）。

式中：SPCI——橋梁上部結構技術狀況評分，值域為0～100分；

SBCI——橋梁下部結構技術狀況評分，值域為0～100分；

BDCI——橋面系技術狀況評分，值域為0～100分；

PCCIi——橋梁上部結構第i類部件的得分，值域為0～100分；

BCCIi——橋梁下部結構第i類部件的得分，值域為0～100分；

DCCIi——橋面系結構第i類部件的得分，值域為0～100分；

m——上部結構（下部結構或橋面系）的部件種類數；

Wi——第i類部件的權重。

式中：Dr——橋梁總體技術狀況評分，值域為0～100分；

WD——橋面系在全橋中的權重；

WSP——上部結構在全橋中的權重；

WSB——下部結構在全橋中的權重。

根據橋梁結構的評分結果，按照表1對橋梁結構劣化等級進行評定，不同的劣化等級對應不同的承載力狀況，進而對橋梁結構的承載力狀況做出評價。

表1 橋梁技術狀況分類界限表

1.2 荷載試驗評定法

橋梁結構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構上施加與設計荷載或使用荷載基本相當的外載，采用分級加載的方法，利用檢測儀器測試橋梁結構的控制部位與控制截面在各級試驗荷載作用下的撓度、應力、裂縫、橫向分布系數等特性，據此來判斷橋梁結構的工作狀態。在靜載試驗中主要通過結構的校驗系數對其承載力狀況做出評定。

結構校驗系數是指在試驗荷載作用下橋梁結構的撓度（或應力）實測值與理論計算值之比，它是評定結構工作狀態、確定橋梁承載能力的一個重要指標。校驗系數分為應變校驗系數和撓度校驗系數兩種，在進行承載力評定的規范中對兩者的取值范圍的規定有一定的差別，其表達式如下：

式中：ξ——結構校驗系數；

Se——試驗荷載作用下量測的彈性變位（或應變）值；

Ss——試驗荷載作用下的理論計算變位（或應變）值。

結構的校驗系數實際上反映了結構的理論抗彎剛度與實際截面抗彎剛度的比值。校驗系數值越小，說明結構的理論剛度與實際剛度之比越小，則結構的潛在承載能力就越大。反之，結構的校驗系數越大，說明結構的理論剛度與實際剛度越接近，構件的潛在承載能力就越小。當校驗系數超過1時，表明結構承載力不足。通過荷載試驗可以得到橋梁結構的校驗系數，根據結構校驗系數以及結構理論計算剛度值，可以對橋梁結構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，上部結構采用現澆預應力混凝土連續箱梁，下部結構采用柱式橋墩、柱式橋臺、鉆孔灌注樁基礎。該橋設計荷載為公路—I級，橋面寬度：左幅1～3孔等寬（0.5m防撞護欄＋11.75m橋面凈寬＋0.5m防撞護欄），4～8孔變寬；右幅1～4孔變寬，5～8孔等寬（0.5m防撞護欄＋15.75m橋面凈寬＋0.5m防撞護欄）。試驗測試孔為1、2孔，撓度測點布置見圖1，應變測點布置見圖2，有限元模型見圖3。

圖1 撓度測點布置示意圖

圖2 應力測點布置示意圖

圖3 有限元模型

3 結果分析

對10座橋梁實測的撓度校驗系數及應變校驗系數見表2。依據《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG／T H21—2011），對橋梁技術狀況的評定見表3。

表2 撓度校驗系數及應變校驗系數

表3 橋梁技術狀況評分及等級

由表2及表3可以看出，橋梁結構技術狀況評分越高，則橋梁結構的技術等級越高，相應的結構的撓度校驗系數和應力校驗系數較小，橋梁結構的承載力情況較好。反之，橋梁結構技術狀況評分越低，則橋梁結構的技術等級越低，相應的結構的撓度校驗系數和應力校驗系數較大，橋梁結構的承載力情況較差。撓度及應變數校驗系數值趨近1時，結構相應的技術狀況評分有所降低，技術狀況評定等級為1的橋梁撓度校驗系數平均值是0.80，應變校驗系數平均值小于0.80。

4 結論

4.1 通過對實體橋梁的校驗系數的統計分析，結合各橋的外觀調查，評定出橋梁的技術狀況分數及等級，其結果與撓度及應變校驗系數結果相符合。

4.2 結構的劣化情況不同，對應的結構校驗系數在不同的范圍內，通過實驗統計數據可以確定各劣化等級對應的校驗系數的取值范圍，進而對橋梁結構的劣化等級做出評定，對橋梁結構的承載力狀況做出合理的推定。

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