橋梁建筑混凝土結(jié)構(gòu)受力性能研究

薛勇 強(qiáng)旭毅

摘 要 選取現(xiàn)代橋梁為研究對(duì)象，針對(duì)現(xiàn)代橋梁的運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)，分析了橋梁結(jié)構(gòu)在不同荷載作用下的振動(dòng)響應(yīng)，評(píng)價(jià)了橋梁結(jié)構(gòu)的安全性能。希望本文對(duì)相關(guān)人士有參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞 橋梁結(jié)構(gòu);靜載試驗(yàn);承載能力

1 研究背景和意義

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的公路和橋梁工業(yè)達(dá)到了發(fā)展的頂峰。中國(guó)在全國(guó)各地修建了越來(lái)越多的高質(zhì)量道路和橋梁。道路建設(shè)大大改善了交通環(huán)境，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益;此外，由于近年來(lái)交通量的快速增長(zhǎng)和大型重型車(chē)輛數(shù)量的增加，公路運(yùn)輸對(duì)橋梁承載力的要求越來(lái)越高。然而，一些古老的橋梁正在老化和惡化，其中許多無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的交通需求。因此，準(zhǔn)確評(píng)估現(xiàn)有橋梁的承載力和使用壽命，已成為舊橋改造的一個(gè)重要問(wèn)題。橋梁評(píng)價(jià)理論的研究和實(shí)踐具有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)意義。

在橋梁混凝土結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，施工人員一方面要保證結(jié)構(gòu)的安全，另一方面要追求施工進(jìn)度和生產(chǎn)力的提高。這要求混凝土結(jié)構(gòu)具有合理的安全水平，以滿足這兩項(xiàng)要求。然而，現(xiàn)行的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范，并沒(méi)有對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中的安全要求提出更統(tǒng)一的要求[1]。

2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

橋梁承載力的評(píng)估是在土木工程領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。橋梁承載力的評(píng)估方法很多，有的已經(jīng)成熟并得到了廣泛的應(yīng)用，有的還處于研究階段，實(shí)際應(yīng)用相對(duì)較少。在現(xiàn)有的橋梁檢測(cè)方法中，橋梁外觀的測(cè)量和基于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的校核計(jì)算的評(píng)估可以快速評(píng)估橋梁的承載能力，但由于主觀因素，精度較低。負(fù)載測(cè)試是高精度的，但需要大量的時(shí)間和精力，并要求流量中斷。專(zhuān)家系統(tǒng)方法和基于結(jié)構(gòu)可靠性理論的方法在應(yīng)用上有許多局限性。因此，尋找一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)方法具有很高的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

（1）國(guó)內(nèi)外對(duì)建筑混凝土結(jié)構(gòu)的受力研究現(xiàn)狀。目前對(duì)建筑混凝土結(jié)構(gòu)受力的研究大多集中在施工完成后的單荷載作用上，進(jìn)行各種性能分析研究的方法。有能力執(zhí)行研究相對(duì)較少的混凝土結(jié)構(gòu)建筑物帶電樓，主要是地面標(biāo)示各項(xiàng)疊加方法，分層負(fù)載方法整體剛度矩陣，修改后的分層方法和算法簡(jiǎn)化藍(lán)圖。在建筑混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析中，對(duì)施工過(guò)程的正確模擬已成為一個(gè)未被考慮的階段。

（2）建筑混凝土結(jié)構(gòu)受力分析的理論計(jì)算基礎(chǔ)。根據(jù)理論計(jì)算分析部隊(duì)建設(shè)混凝土結(jié)構(gòu)建筑物主要基于三個(gè)方法：模擬有限元的分析，構(gòu)造有限元模型與ANSYS模擬建筑期間，部隊(duì)建設(shè)與TBSA有限元模型來(lái)模擬建筑期間，部隊(duì)建設(shè)與SAP2000有限元模型來(lái)模擬部隊(duì)建設(shè)中。由于施工過(guò)程的復(fù)雜性和人為影響因素的多樣性，通過(guò)仿真模擬施工過(guò)程的研究方法存在一些不足[2]。

（3）基本理論。建筑施工中的混凝土結(jié)構(gòu)是由混凝土柱、幾層普通混凝土梁和支撐混凝土梁結(jié)構(gòu)的多層模板系統(tǒng)組成的臨時(shí)力系統(tǒng)。負(fù)擔(dān)和地上的自重就傾倒建筑底部層傳送通過(guò)支持性系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，影響建筑的整個(gè)過(guò)程中，使得臨時(shí)承載體系模板支撐系統(tǒng)等共同組成的臨時(shí)受力體系。負(fù)擔(dān)和地上的自重就傾倒建筑底部層通過(guò)傳送系統(tǒng)負(fù)擔(dān)的影響上，沿著建設(shè)進(jìn)程，使地面充電系統(tǒng)所支持的時(shí)間逐漸增加。負(fù)載最大的樓層總是在這個(gè)臨時(shí)力系統(tǒng)的最低樓層。所有這些都與正常使用條件下的加載情況完全不同，會(huì)導(dǎo)致臨時(shí)力系統(tǒng)的地面出現(xiàn)裂縫、過(guò)度偏轉(zhuǎn)、甚至完全坍塌等。

3現(xiàn)代橋梁的基本現(xiàn)狀

1928年，法國(guó)工程師Freyssinet首次發(fā)明了預(yù)裝鋼筋混凝土。這種材料克服了鋼筋混凝土易開(kāi)裂的缺點(diǎn)，改進(jìn)了橋梁施工方法，有效地增加了橋梁的寬度。

在20世紀(jì)90年代，世界上的橋梁建造得越來(lái)越快，橋梁長(zhǎng)度的記錄不斷被打破。在建造大型橋梁的過(guò)程中，出現(xiàn)了新的材料和工藝。法國(guó)諾曼底橋采用了平行鋼絞線拉索和施工控制技術(shù)等，新技術(shù)的發(fā)展為21世紀(jì)橋梁的持續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[3]。

4相關(guān)試驗(yàn)

（1）靜載試驗(yàn)。根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特性，在現(xiàn)代橋梁高架橋主體結(jié)構(gòu)的主受力控制段進(jìn)行了靜載試驗(yàn)。橋梁結(jié)構(gòu)根據(jù)荷載特性和外觀試驗(yàn)結(jié)果，拱腳主體，拱頂，L/4拱選取肋段、中央橫斷面主橋和L/4段主橋、納金大橋作為試驗(yàn)對(duì)象，試驗(yàn)了5種試驗(yàn)條件。測(cè)點(diǎn)布置：主橋拱肋和主梁主要控制截面的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，每個(gè)截面4個(gè)測(cè)點(diǎn)。

（2）自振特性試驗(yàn)。橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)不同負(fù)載下可測(cè)量通過(guò)自發(fā)的振動(dòng)特性試驗(yàn)，然后人們可以根據(jù)自發(fā)的振動(dòng)頻率和振動(dòng)模式基本結(jié)構(gòu)的大橋，從而分析結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性自發(fā)橋。測(cè)量系統(tǒng)：為測(cè)試選擇的輔助儀器。在進(jìn)行測(cè)試之前，需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)驗(yàn)證。

5試驗(yàn)結(jié)果

自振特性試驗(yàn)結(jié)果與分析：自振特性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，測(cè)量的振動(dòng)模態(tài)計(jì)算的理論模態(tài)是由：可以看出，第一個(gè)測(cè)量結(jié)構(gòu)的自然振動(dòng)頻率都大于理論計(jì)算的振動(dòng)頻率。這表明結(jié)構(gòu)的整體剛度大于預(yù)期。試驗(yàn)結(jié)果表明，在極限荷載基本組合下，現(xiàn)代橋梁主拱和主梁滿足要求，該橋梁的承載能力可以滿足一級(jí)公路荷載的要求。

6結(jié)束語(yǔ)

工程實(shí)踐表明，彈性波斷層掃描可應(yīng)用于連續(xù)梁內(nèi)混凝土質(zhì)量的檢測(cè)。本文提出的基于該技術(shù)的檢測(cè)方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：①反映混凝土在測(cè)量點(diǎn)的強(qiáng)度和混凝土的致密性;②可形成波速云圖，界面友好，便于定位和準(zhǔn)確描述遇到的內(nèi)部缺陷。

實(shí)踐表明，負(fù)載測(cè)試是最直接最有效的方法，在負(fù)載能力評(píng)估和更令人信服，橋梁結(jié)構(gòu)，以及進(jìn)一步發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)理論的橋梁設(shè)計(jì)和施工技術(shù)。將橋梁建設(shè)總體水平提高到更高水平;以提供科學(xué)數(shù)據(jù)來(lái)接受終止和維護(hù)充電靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)試負(fù)載能力評(píng)估結(jié)構(gòu)大橋，對(duì)現(xiàn)代橋梁負(fù)擔(dān)能力評(píng)估充電容量的橋是否符合需求的負(fù)載級(jí)別的高速公路。

參考文獻(xiàn)

[1] 艾軍，史麗遠(yuǎn)，喬光華，等.現(xiàn)有公路橋梁承載力的分析與評(píng)定[J].蘇州城建環(huán)保學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，13（3）：63-68.

[2] 李亞?wèn)|.既有橋梁評(píng)估方法研究[J].鐵道學(xué)報(bào)，1997（3）：109.

[3] 交通部標(biāo)準(zhǔn).公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范：JTG H11-2014[S].北京：人民交通出版社，2014.