公路橋梁承載能力評(píng)定方法探討

黃小國(guó)

摘 要：通過對(duì)橋梁承載能力評(píng)定方法的分析探討，提出橋梁承載能力評(píng)定過程中需要注意的問題，分析各種參數(shù)取得過程中存在的客觀問題，提出更準(zhǔn)確評(píng)定橋梁結(jié)構(gòu)需要完善的工作。

關(guān)鍵詞：承載能力評(píng)定； 檢算系數(shù)； 校驗(yàn)系數(shù)； 效應(yīng)； 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

評(píng)定公路橋梁承載能力的方法有多種，但要準(zhǔn)確評(píng)定某一橋梁的承載能力卻比較困難，同一橋梁采用不同的評(píng)定方法可能會(huì)有不同的評(píng)定結(jié)果。2011年交通部發(fā)布《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21-2011），修訂此前使用的《公路舊橋承載能力鑒定方法（試行）》（1988年）；本文就《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱《評(píng)定規(guī)程》）中的橋梁承載能力評(píng)定方法做一些分析和探討。

1.橋梁承載能力評(píng)定方法介紹

對(duì)常用的圬工及配筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)一般采用如下公式評(píng)定其承載能力：

γ0S≤R·Z1 （當(dāng)用荷載試驗(yàn)評(píng)定時(shí)用Z2代替Z1）

γ0—結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60—2004）取值。

S—荷載效應(yīng)函數(shù)。荷載效應(yīng)函數(shù)計(jì)算中應(yīng)考慮活載影響修正系數(shù)ξq對(duì)活載的修正。

R—抗力效應(yīng)函數(shù)。抗力效應(yīng)函數(shù)中考慮結(jié)構(gòu)截面折減系數(shù)ξc、鋼筋截面折減系數(shù)ξs的影響以及結(jié)構(gòu)承載能力惡化系數(shù)ξe的影響。

Z1—通過缺損狀況評(píng)定方法確定的承載能力檢算系數(shù)。

Z2—通過荷載試驗(yàn)方法確定的承載能力檢算系數(shù)。

橋梁承載能力評(píng)定方法總體分兩種，兩種方法都需要確定橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承載能力檢算系數(shù)，該系數(shù)用來對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件抗力效應(yīng)理論計(jì)算數(shù)值進(jìn)行綜合修正，通過對(duì)理論計(jì)算的綜合修正得到橋梁的實(shí)際抗力效應(yīng)水平。第一種評(píng)定方法是通過對(duì)橋梁外部缺損狀況、橋梁材質(zhì)狀況及橋梁各種狀態(tài)參數(shù)的評(píng)定標(biāo)度確定承載能力檢算系數(shù)Z1，該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以不中斷交通而對(duì)橋梁承載能力評(píng)定。第二種方法是直接通過荷載試驗(yàn)實(shí)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)變或變位與計(jì)算應(yīng)變或變位的對(duì)比確定橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承載能力檢算系數(shù)Z2，該方法的優(yōu)點(diǎn)是更加直接客觀、更準(zhǔn)確，但該方法需要對(duì)被檢測(cè)橋梁封閉交通。

2.承載能力檢算系數(shù)Z1、Z2確定

通過檢查評(píng)定方式確定的承載能力檢算系數(shù)在規(guī)程中定義為Z1，而通過荷載試驗(yàn)方式確定的承載能力檢算系數(shù)規(guī)程中定義為Z2，橋梁承載能力評(píng)定的關(guān)鍵工作是確定承載能力檢算系數(shù)Z1與Z2。

2.1 確定承載能力檢算系數(shù)Z1

承載能力檢算系數(shù)Z1的確定一般有兩種方法。

第一種Z1值確定方法較復(fù)雜，需要專業(yè)的測(cè)試設(shè)備及較高的專業(yè)技術(shù)水平，但結(jié)果相對(duì)客觀、準(zhǔn)確。該方法是按評(píng)定規(guī)程中構(gòu)件缺損狀況評(píng)定標(biāo)度、材質(zhì)強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)度、自振頻率評(píng)定標(biāo)度所占的不同比重確定承載能力檢算系數(shù)的評(píng)定標(biāo)度，根據(jù)檢算系數(shù)評(píng)定標(biāo)度及結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的不同受力性質(zhì)查《評(píng)定規(guī)程》中參考表得到Z1數(shù)值。其中構(gòu)件缺損狀況的評(píng)定標(biāo)度可根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》確定，相對(duì)較為簡(jiǎn)單；材質(zhì)強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)度的確定有多種方法，而且采用不同的方法測(cè)定的材質(zhì)強(qiáng)度結(jié)果會(huì)不一樣。對(duì)普通的混凝土構(gòu)件可采用回彈、超聲回彈、以及鉆取芯樣的方法確定構(gòu)件的材質(zhì)強(qiáng)度，但這些方法對(duì)于確定既有橋梁尤其是年代久遠(yuǎn)的橋梁材質(zhì)強(qiáng)度均有各自的局限性；而對(duì)于圬工橋梁實(shí)際材質(zhì)強(qiáng)度的準(zhǔn)確測(cè)定比測(cè)定混凝土構(gòu)件強(qiáng)度更困難；自振頻率標(biāo)度的評(píng)定需要較高的專業(yè)技術(shù)水平，實(shí)測(cè)頻率需要專業(yè)的測(cè)試設(shè)備，理論基頻的精確計(jì)算需要采用有限元方法；對(duì)于常規(guī)結(jié)構(gòu)可采用《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》附錄中的估算公式參考計(jì)算；根據(jù)缺損狀況、材質(zhì)強(qiáng)度及自振頻率的標(biāo)度所占不同的權(quán)重確定檢算系數(shù)的標(biāo)度后可查表得出Z1值。

第二種Z1值確定方法為專家調(diào)查法，特殊情況下方可采用該方法。該方法程序相對(duì)簡(jiǎn)單，但需要有豐富經(jīng)驗(yàn)的專家根據(jù)橋梁的實(shí)際情況做出判斷，且該方法不具有絕對(duì)的說服力，故一般不推薦采用此方法。

2.2確定承載能力檢算系數(shù)Z2

通過荷載試驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果的變位或應(yīng)變值與理論計(jì)算變位或應(yīng)變值的比值計(jì)算結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)，取應(yīng)變或變位校驗(yàn)系數(shù)的較大值ζ，根據(jù)ζ數(shù)值查表得出結(jié)構(gòu)的檢算系數(shù)Z2。荷載試驗(yàn)評(píng)定結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承載力的另一優(yōu)點(diǎn)是如果出現(xiàn)《評(píng)定規(guī)程》中的四種情況之一時(shí)可以直接判定橋梁的承載能力不滿足要求，而不需要進(jìn)一步計(jì)算結(jié)構(gòu)的抗力和效應(yīng)值。

3.荷載效應(yīng)函數(shù)S

荷載效應(yīng)函數(shù)S中包含靜載效應(yīng)與動(dòng)載效應(yīng)的組合，其中動(dòng)載即活荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的影響至關(guān)重要，尤其是建設(shè)年代較早、設(shè)計(jì)荷載等級(jí)較低的橋梁結(jié)構(gòu)對(duì)超載、超重車輛的反應(yīng)尤為敏感，故對(duì)既有橋梁承載能力評(píng)定時(shí)根據(jù)實(shí)際活載對(duì)設(shè)計(jì)活載的修正有充分的必要性，《評(píng)定規(guī)程》中引入了活載影響修正系數(shù)，但個(gè)人覺得對(duì)規(guī)程中ξq的精確計(jì)算操作起來比較困難。活載影響修正系數(shù)ξq考慮三方面的影響：

ξq=

ξq1—典型代表交通量影響修正系數(shù)（ξq1=Qm/ Qd），根據(jù)典型代表交通量與設(shè)計(jì)交通量的比值進(jìn)行修正，根據(jù)養(yǎng)護(hù)部門的交通流量調(diào)查表可得該數(shù)值。

ξq2—大噸位車輛混入修正影響系數(shù)ξq2，大噸位車輛流量與實(shí)際車輛流量的比值。規(guī)程中質(zhì)量超過30t的車輛定義為大噸位車輛，但目前的養(yǎng)護(hù)部門并沒有對(duì)固定質(zhì)量的車輛數(shù)量進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，收集大于30t車輛的準(zhǔn)確流量是存在較大困難的。

ξq3—軸荷分布影響修正系數(shù)ξq3，規(guī)程中考慮軸重超過14t車輛對(duì)活載影響的修正，該部分資料更難收集，普通橋梁結(jié)構(gòu)并無車輛軸重調(diào)查數(shù)據(jù)，要準(zhǔn)確確定該部分?jǐn)?shù)據(jù)也同樣存在困難。

鑒于以上情況，要對(duì)既有橋梁活載效應(yīng)函數(shù)的合理修正還需要做很多工作：不斷完善交通流量調(diào)查數(shù)據(jù)，尤其是質(zhì)量超過30t與軸重超過14t車輛流量數(shù)據(jù)的調(diào)查與收集；實(shí)際活載對(duì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)的影響與按規(guī)程中取值計(jì)算對(duì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)影響的差異程度需要通過大量的試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查不斷完善。

4.抗力效應(yīng)函數(shù)R

由于既有橋梁鋼筋銹蝕、混凝土剝落、材料風(fēng)化、混凝土碳化等原因，構(gòu)件的實(shí)際抗力與計(jì)算抗力相比會(huì)有所下降，規(guī)程中引入截面折減系數(shù)ξc、鋼筋截面折減系數(shù)ξs以及承載能力惡化系數(shù)ξe來考慮對(duì)構(gòu)件抗力效應(yīng)的修正，該部分修正系數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果參數(shù)對(duì)抗力效應(yīng)中對(duì)應(yīng)參數(shù)進(jìn)行修正即可。

5.承載能力評(píng)定結(jié)果的判定

橋梁承載能力評(píng)定的最終目的是要確定該橋梁構(gòu)件的承載能力是否滿足要求，采用不同的評(píng)定方法判定承載能力是否滿足的標(biāo)準(zhǔn)也不同，這是實(shí)際評(píng)定過程中易忽略的地方。

采用缺損狀況評(píng)定方法評(píng)定橋梁承載能力時(shí)，要求修正后的結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)值不小于修正后的荷載效應(yīng)值即可判定結(jié)構(gòu)的承載能力滿足要求。

采用荷載試驗(yàn)評(píng)定時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)《評(píng)定規(guī)程》的四種特殊情況之一時(shí)可直接判定承載能力不滿足要求；如果未出現(xiàn)這四種特殊情況，計(jì)算得出修正后的荷載效應(yīng)與修正后的抗力效應(yīng)的比值小于1.05時(shí)判定承載能力滿足要求，否則應(yīng)判定承載能力不滿足要求。這與按缺損狀況評(píng)定時(shí)的判定標(biāo)準(zhǔn)不同。

6.結(jié)語

通過對(duì)橋梁承載能力評(píng)定方法的探討可知，要更準(zhǔn)確、客觀評(píng)定橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力不僅需要專業(yè)的測(cè)試設(shè)備、較高的專業(yè)技術(shù)水平，同時(shí)需要在交通流量調(diào)查，汽車軸重調(diào)查方面做更多的工作，實(shí)際活載對(duì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)的影響與按規(guī)程中取值計(jì)算對(duì)結(jié)構(gòu)效應(yīng)影響的差異程度需要通過大量的試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查去不斷完善修正。

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