當(dāng)前橋梁承載能力評(píng)定方法的不足及發(fā)展方向

高 飛 謝應(yīng)爽 羅立高

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的突飛猛進(jìn)，交通運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展也是蒸蒸日上，交通量與日俱增，車輛載重顯著提高，加之部分地區(qū)管養(yǎng)不當(dāng)或自然等因素的影響，已使得部分橋梁處于一種帶病、超負(fù)荷工作狀態(tài)。故如何對(duì)橋梁實(shí)際狀態(tài)做出評(píng)估，確切評(píng)定其承載能力，以便采用科學(xué)合理的管養(yǎng)辦法，改善其適應(yīng)度，提高公路通行能力，這是我國(guó)公路質(zhì)檢機(jī)構(gòu)所面臨的一大緊迫任務(wù)。

1 目前橋梁靜載試驗(yàn)評(píng)定橋梁承載能力概況

(88)公路技字11號(hào)，公路舊橋承載能力鑒定方法規(guī)定，當(dāng)橋梁靜載試驗(yàn)項(xiàng)目比較全面時(shí)，可采用荷載試驗(yàn)主要撓度測(cè)點(diǎn)的校驗(yàn)系數(shù)η來(lái)評(píng)定結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。檢算時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的抗力效應(yīng)進(jìn)行折減或提高，公式如下:

對(duì)于磚石和混凝土橋:

其中，Sd為荷載效應(yīng)函數(shù);Q為荷載在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的效應(yīng);γso為結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù);γs1為荷載安全系數(shù);ψ為荷載組合系數(shù);Rd為結(jié)構(gòu)的抗力效應(yīng)函數(shù);Ri為材料或砌體的極限強(qiáng)度;γm為材料或砌體的安全系數(shù);αk為結(jié)構(gòu)的幾何尺寸;Z2為檢算系數(shù)。

對(duì)于鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋:

其中，Sd為荷載效應(yīng)函數(shù);G為永久荷載;γg為永久荷載安全系數(shù);Q為可變荷載及永久荷載中混凝土收縮、徐變影響力，基礎(chǔ)變位影響力;γq為荷載Q的安全系數(shù);Rd為結(jié)構(gòu)的抗力效應(yīng)函數(shù);γb為結(jié)構(gòu)工作條件系數(shù);Rc為混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)采用值;γc為在混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)采用值基礎(chǔ)上的混凝土安全系數(shù);Rs為預(yù)應(yīng)力鋼筋或非預(yù)應(yīng)力鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)采用值;γs為在鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)采用值基礎(chǔ)上的鋼筋安全系數(shù);Z2值見表1。

表1 經(jīng)過(guò)荷載試驗(yàn)的舊橋檢算系數(shù) Z2值表

2 橋梁靜載試驗(yàn)評(píng)定承載能力存在問(wèn)題探討

例1:重慶某區(qū)縣二級(jí)公路上某大橋梁上部結(jié)構(gòu)采用6×20 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板，下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式橋墩和重力式U形橋臺(tái)。上部結(jié)構(gòu)橫橋向布置9片空心板，板高0.9 m，板寬1.00 m，采用40號(hào)混凝土，橋面鋪裝采用厚度為6 cm～13 cm防水混凝土。橋面寬:0.25 m(欄桿)+0.75 m(人行道)+7.00 m(車行道)+0.75 m(人行道)+0.25 m(欄桿)=9.00 m，雙車道設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為:汽車—20級(jí)、掛車—100，人群3.5 kN/m2。選取3跨為靜載試驗(yàn)跨，試驗(yàn)前對(duì)該橋進(jìn)行了病害觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)該橋各測(cè)試跨板體底板跨中區(qū)域存有縱向裂縫，裂縫長(zhǎng)度在0.5 m～8 m范圍，裂縫最大寬度為0.5 mm(超出規(guī)范限值0.2 mm)。從該橋測(cè)試跨各板板底縱向裂縫的寬度及長(zhǎng)度來(lái)看，該橋梁體需要進(jìn)行加固處理。但對(duì)該橋進(jìn)行靜載試驗(yàn)時(shí)，采用4輛單橋車作為試驗(yàn)荷載，該橋跨中截面荷載效率達(dá)到0.98。但該橋?qū)崪y(cè)應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)為0.220～0.557，撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.309～0.360。從靜載試驗(yàn)的結(jié)果看該橋有一定的安全儲(chǔ)備;同時(shí)根據(jù)表1的規(guī)定該橋檢算時(shí)承載能力也會(huì)提高。

例2:重慶某區(qū)縣二級(jí)公路上某中橋上部結(jié)構(gòu)采用4×20 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板橋，設(shè)計(jì)為部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件;下部構(gòu)造為重力式橋臺(tái)、擴(kuò)大基礎(chǔ)及樁柱式墩;上部結(jié)構(gòu)橫橋向布置9片空心板，板高0.9 m，板寬1.00 m，采用40號(hào)混凝土;其行車道寬度為:0.50 m(防撞護(hù)欄)+8.60 m(行車道)+0.50 m(防撞護(hù)欄);汽車—20級(jí)、掛車—100。靜載試驗(yàn)前發(fā)現(xiàn)該橋測(cè)試跨自右側(cè)起第4號(hào)板及第5號(hào)板板底跨中區(qū)域各有3條橫向貫通裂縫，橫向裂縫最寬達(dá)0.10 mm，不滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。對(duì)該橋靜載試驗(yàn)時(shí)采用4輛單橋車作為試驗(yàn)荷載，該橋跨中截面荷載效率達(dá)到1.006;但該橋?qū)崪y(cè)應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)為0.396～0.512、撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.396～0.440。從靜載試驗(yàn)的結(jié)果看該橋有一定的安全儲(chǔ)備;同時(shí)根據(jù)表1的規(guī)定該橋檢算時(shí)承載能力也會(huì)提高。

例3:重慶某立交橋?yàn)橐蛔?18.87+3×20+16)m普通鋼筋混凝土連續(xù)板橋，梁高90 cm，其行車道寬度為:0.50 m(防撞護(hù)欄)+10.00 m(行車道)+0.50 m(防撞護(hù)欄);其設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為:汽車—20級(jí)、掛車—100。靜載試驗(yàn)前該橋每跨L/4區(qū)～3L/4區(qū)段，箱梁底面密布橫向貫通裂縫，并伴有少許縱向裂縫，縱向裂縫最長(zhǎng)達(dá)12 m，橫向貫通裂縫最大寬度達(dá)0.4 mm，縱向裂縫最大寬度達(dá)0.2 mm，豎向裂縫最大寬度達(dá)0.22 mm?？啥槲?。對(duì)該橋靜載試驗(yàn)時(shí)采用4輛單橋車作為試驗(yàn)荷載，該橋跨中截面荷載效率達(dá)到1.006;但該橋?qū)崪y(cè)應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)為0.137～0.672，撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.443～0.940。從靜載試驗(yàn)的結(jié)果看該橋仍有安全儲(chǔ)備;同時(shí)根據(jù)表1的規(guī)定該橋檢算時(shí)承載能力也會(huì)提高。

3 橋梁技術(shù)狀況評(píng)定方法簡(jiǎn)介

橋梁各部件技術(shù)狀況評(píng)定的方法為:根據(jù)各部件缺損程度(大小、多少或輕重)、缺損對(duì)結(jié)構(gòu)使用功能的影響程度(無(wú)、小、大)和缺損發(fā)展變化狀況(趨向穩(wěn)定、發(fā)展緩慢、發(fā)展較快)三個(gè)方面定出扣分標(biāo)度(0，1，2)，以累加評(píng)分方法對(duì)各部件缺損狀況做出等級(jí)評(píng)定，同時(shí)按照各部件對(duì)應(yīng)權(quán)重進(jìn)行分?jǐn)?shù)累加。

4 橋梁承載能力評(píng)定發(fā)展方向預(yù)測(cè)

綜合目前橋梁靜載試驗(yàn)評(píng)定橋梁承載能力的不足之處，橋梁承載能力評(píng)定的發(fā)展方向可能為綜合橋梁靜載試驗(yàn)及橋梁技術(shù)狀況評(píng)定二者合一。將橋梁承載能力評(píng)定滿分值定為100分，其中靜載試驗(yàn)滿分占 A分，橋梁技術(shù)狀況評(píng)定滿分占B分，A+B=100。其靜載試驗(yàn)結(jié)果得分值與應(yīng)力及撓度校驗(yàn)系數(shù)有關(guān)，定為a×A。其中，a為權(quán)重系數(shù)由應(yīng)力及撓度校驗(yàn)系數(shù)的大小范圍確定。橋梁技術(shù)狀況評(píng)定具體得分值由橋梁各部件的技術(shù)狀況評(píng)定確定，其值為B×Dr/100，其中，Dr為按橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范確定的分?jǐn)?shù)值。橋梁承載能力最終得分為 W=a×A+B×Dr/100，其中，W的分值越高橋梁的安全儲(chǔ)備越大。

5 結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)述了目前橋梁承載能力評(píng)定的主要及常用方法為橋梁靜載試驗(yàn)及橋梁檢算，并通過(guò)橋梁靜載試驗(yàn)實(shí)例闡述了橋梁靜載試驗(yàn)及橋梁檢算對(duì)橋梁承載能力評(píng)定方面尚存不足之處。并預(yù)測(cè)了未來(lái)橋梁承載能力評(píng)定方法的發(fā)展方向，其有待于進(jìn)一步分析研究及大量靜載試驗(yàn)、橋梁檢算及技術(shù)狀況評(píng)定等數(shù)據(jù)論證。本文對(duì)橋梁承載能力評(píng)定方法發(fā)展方向的預(yù)測(cè)僅為橋梁荷載試驗(yàn)者們拋磚引玉，旨在更多的研究者能夠重視橋梁荷載試驗(yàn)，提出更為科學(xué)的方法，客觀全面的評(píng)價(jià)橋梁的承載能力。

[1] (88)公路技字11號(hào)，公路舊橋承載能力鑒定方法[S].

[2] JTG H11-2004，公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范[S].

[3] 孫鐵鋼，史曉春.某開啟橋承載能力分析研究[J].山西建筑，2008，34(28):334-335.