桥梁承载能力综合评定方法的应用
发布时间：2010-01-14 共2页
3 结构材料性状检测
桥梁是一个由多种材料、不同结构组合而成的型综合系统，结构材料性状是决定桥梁系统承载能力能否满足要求的前提条件。为评价结构承载能力的降低程度，对该桥的结构材料性状进行了专项检查，根据各项检测结果，从而为桥梁承载能力评定系数的选取提供科学依据。
3.1 混凝土强度和碳化深度检测
随机选取的T构箱梁16个测区的混凝土强度均于该桥混凝土设计强度；实际碳化深度基本上在0.5-1.0mm之间，均小于T构混凝土净保护层厚度的最小值。由此可知，构件中的混凝土碳化情况对T构内钢筋的碱性混凝土环境影响不。
3.2 钢筋保护层厚度
钢筋保护层的测试结果显示，该桥T构箱梁的保护层厚度特征值与其测区钢筋保护层厚度设计值之比于0.85，表明结构钢筋耐久性的影响程度为轻度。
3.3 钢筋锈蚀状态判定
采用半电池电位试验方法评定钢筋锈蚀状况，利用混凝土中钢筋锈蚀的电化学反映引起的电位变化来测定钢筋锈蚀状态。检测结果表明，各测区的钢筋锈蚀状态基本上为无锈蚀活动性或锈蚀活动性不确定。
3.4 混凝土氯离子含量测试
各测区混凝土粉末试样中氯离子含量的测试结果显示，该桥的混凝土中氯离子含量基本上小于0.15％ ，表明氯离子诱发钢筋锈蚀的可能性很小。
3.5 混凝土电阻率
混凝土电阻率测试结果显示，各测区的混凝土电阻率均于20kO？cm，说明混凝土电阻率对钢筋锈蚀影响很慢。
4 基于检测结果的T构承载能力评价
桥梁结构承载能力评价的主要指标分为：结构承载能力恶化系数ξe、截面折减系数（ ξc、ξs ）以及活载影响修正系数ξq 等。下面分别给出在上述结构性状检测结果的基础上各指标的确定值，并初步分析了该桥梁结构的承载能力。
4.1 承载能力恶化系数
该系数是考虑评定期内桥梁结构质量状况进一步衰退恶化产生的不利影响，反映这一不利影响可能造成的结构抗力效应的降低程度。
根据上述对T构混凝土的钢筋锈蚀电位、混凝土电阻率、混凝土碳化深度、混凝土保护层厚度、氯离子含量及混凝土强度推定值等测试结果，以及结构表观病害状况的调查结果，综合分析出结构恶化状况评定值。
该桥桥址的环境条件为“干燥、不冻、无侵蚀性介质”，其承载能力恶化系数ξe取0.015.
4.2 T型刚构箱梁截面折减系数
截面折减系数主要是%%考虑钢筋混凝土构件由于材料风化、碳化、物理化学损伤以及钢筋锈蚀造成的钢筋有效面积损失对结构构件截面抗力效应的影响。根据本次检测结果，确定T型刚构箱梁的截面损伤评定标度R，以此分析确定截面折减系数ξc取0.975.
同时，根据对该桥T型刚构箱梁内钢筋的锈蚀状况的检测结果，以及结构所出现的病害状况分析，即尽管沿着钢筋出现裂缝，但裂缝短细，宽度小于限值，推定T构箱梁截面发生钢筋腐蚀的截面折减系数ξs取1.0.
4.3 活载影响修正系数
活载影响系数是为了考虑实际桥梁所承受的汽车荷载与标准汽车荷载之间的差异，并对比分析其对桥梁承载能力的影响。从实际运营车辆的现场调查来看，该桥上运营的超载车辆较少，而且桥梁设计为单向4车道，出现同时并排超载车辆通过的可能性极小。综合考虑各种因素，可取活载影响修正系数ξq=1.0.
4.4 承载能力检算系数
承载能力检算系数是根据结构或构件的实际状况，对结构或构件的抗力进行折减或提高，该系数综合考虑桥梁结构或构件的表观缺损状况、材质强度和桥梁结构固有模态等的检测评定结果进行确定。具体确定方法是当结构工作状况、裂缝及其扩展情况等的评定分析结果满足相关规定时，采用荷载试验实测的主要挠度测点和主要应力测点的校验系数（两者中取较者）确定桥梁承载能力检算系数z2.
本次检测未进行结构的自振频率检测，根据经验按保守估计，按该T构的实测自振频率与理论频率相同考虑，按照评定规程的有关规定，取模态参数的评定标度为2.
根据以上的评定结果，取承载力检算系数z2= 1.12.
4.5 承载能力检算
4.5.1 计算模型
该桥使用MIDAS软件进行计算分析，全桥共71个节点，62个单元。
4.5.2 计算荷载
桥梁在横向分为3个车道，分别施加汽车-超20、挂车-120级荷载，并考虑1.15的偏载系数，4个车道折减系数为0.67.
4.5.3 折减系数与检算系数
折减系数与检算系数如表2所示。（略）
4.5.4 验算结果
该桥的极限%%承载能力状态组合弯矩验算结果显示：边跨跨中附近其抗弯承载力验算不通过，其它截面均满足规范要求。验算结果与实际中边跨跨中处出现下挠和较多裂缝的检测结果相吻合。
该桥的正常使用极限状态组合应力验算结果显示：边跨跨中附近截面应力超过规范规定的拉应力，最为-1.369 3MPa；T构梁墩顶处截面应力超过规范规定的拉应力，最为-0.814 8MPa，其它截面应力均满足规范要求。
5 结论
本文通过荷载试验、结构性状专项检测和结构验算相结合的方法对桥梁的结构承载能力进行评定。结果表明，T构的整体刚度和承载能力基本能满足设计荷载要求，但从桥跨结构型式看，T构中跨的跨径与两边跨跨径之和相当，而中跨采用的是悬臂加挂梁的结构，其整体刚度较边跨差，T构箱梁在各种因素的作用下出现开裂等缺陷，降低了结构的整体刚度，这些缺陷都是导致T构不断下挠的原因。
该方法与《公路旧桥承载能力鉴定方法（试行）》的评定方法相比，考虑了结构性状的折减等因素，用修正后的参数进行结构构件承载能力的验算，更全面、准确地反映了桥梁的整体状况，与实际的检测结果吻合较好。
桥梁是一个由多种材料、不同结构组合而成的型综合系统，结构材料性状是决定桥梁系统承载能力能否满足要求的前提条件。为评价结构承载能力的降低程度，对该桥的结构材料性状进行了专项检查，根据各项检测结果，从而为桥梁承载能力评定系数的选取提供科学依据。
3.1 混凝土强度和碳化深度检测
随机选取的T构箱梁16个测区的混凝土强度均于该桥混凝土设计强度；实际碳化深度基本上在0.5-1.0mm之间，均小于T构混凝土净保护层厚度的最小值。由此可知，构件中的混凝土碳化情况对T构内钢筋的碱性混凝土环境影响不。
3.2 钢筋保护层厚度
钢筋保护层的测试结果显示，该桥T构箱梁的保护层厚度特征值与其测区钢筋保护层厚度设计值之比于0.85，表明结构钢筋耐久性的影响程度为轻度。
3.3 钢筋锈蚀状态判定
采用半电池电位试验方法评定钢筋锈蚀状况，利用混凝土中钢筋锈蚀的电化学反映引起的电位变化来测定钢筋锈蚀状态。检测结果表明，各测区的钢筋锈蚀状态基本上为无锈蚀活动性或锈蚀活动性不确定。
3.4 混凝土氯离子含量测试
各测区混凝土粉末试样中氯离子含量的测试结果显示，该桥的混凝土中氯离子含量基本上小于0.15％ ，表明氯离子诱发钢筋锈蚀的可能性很小。
3.5 混凝土电阻率
混凝土电阻率测试结果显示，各测区的混凝土电阻率均于20kO？cm，说明混凝土电阻率对钢筋锈蚀影响很慢。
4 基于检测结果的T构承载能力评价
桥梁结构承载能力评价的主要指标分为：结构承载能力恶化系数ξe、截面折减系数（ ξc、ξs ）以及活载影响修正系数ξq 等。下面分别给出在上述结构性状检测结果的基础上各指标的确定值，并初步分析了该桥梁结构的承载能力。
4.1 承载能力恶化系数
该系数是考虑评定期内桥梁结构质量状况进一步衰退恶化产生的不利影响，反映这一不利影响可能造成的结构抗力效应的降低程度。
根据上述对T构混凝土的钢筋锈蚀电位、混凝土电阻率、混凝土碳化深度、混凝土保护层厚度、氯离子含量及混凝土强度推定值等测试结果，以及结构表观病害状况的调查结果，综合分析出结构恶化状况评定值。
该桥桥址的环境条件为“干燥、不冻、无侵蚀性介质”，其承载能力恶化系数ξe取0.015.
4.2 T型刚构箱梁截面折减系数
截面折减系数主要是%%考虑钢筋混凝土构件由于材料风化、碳化、物理化学损伤以及钢筋锈蚀造成的钢筋有效面积损失对结构构件截面抗力效应的影响。根据本次检测结果，确定T型刚构箱梁的截面损伤评定标度R，以此分析确定截面折减系数ξc取0.975.
同时，根据对该桥T型刚构箱梁内钢筋的锈蚀状况的检测结果，以及结构所出现的病害状况分析，即尽管沿着钢筋出现裂缝，但裂缝短细，宽度小于限值，推定T构箱梁截面发生钢筋腐蚀的截面折减系数ξs取1.0.
4.3 活载影响修正系数
活载影响系数是为了考虑实际桥梁所承受的汽车荷载与标准汽车荷载之间的差异，并对比分析其对桥梁承载能力的影响。从实际运营车辆的现场调查来看，该桥上运营的超载车辆较少，而且桥梁设计为单向4车道，出现同时并排超载车辆通过的可能性极小。综合考虑各种因素，可取活载影响修正系数ξq=1.0.
4.4 承载能力检算系数
承载能力检算系数是根据结构或构件的实际状况，对结构或构件的抗力进行折减或提高，该系数综合考虑桥梁结构或构件的表观缺损状况、材质强度和桥梁结构固有模态等的检测评定结果进行确定。具体确定方法是当结构工作状况、裂缝及其扩展情况等的评定分析结果满足相关规定时，采用荷载试验实测的主要挠度测点和主要应力测点的校验系数（两者中取较者）确定桥梁承载能力检算系数z2.
本次检测未进行结构的自振频率检测，根据经验按保守估计，按该T构的实测自振频率与理论频率相同考虑，按照评定规程的有关规定，取模态参数的评定标度为2.
根据以上的评定结果，取承载力检算系数z2= 1.12.
4.5 承载能力检算
4.5.1 计算模型
该桥使用MIDAS软件进行计算分析，全桥共71个节点，62个单元。
4.5.2 计算荷载
桥梁在横向分为3个车道，分别施加汽车-超20、挂车-120级荷载，并考虑1.15的偏载系数，4个车道折减系数为0.67.
4.5.3 折减系数与检算系数
折减系数与检算系数如表2所示。（略）
4.5.4 验算结果
该桥的极限%%承载能力状态组合弯矩验算结果显示：边跨跨中附近其抗弯承载力验算不通过，其它截面均满足规范要求。验算结果与实际中边跨跨中处出现下挠和较多裂缝的检测结果相吻合。
该桥的正常使用极限状态组合应力验算结果显示：边跨跨中附近截面应力超过规范规定的拉应力，最为-1.369 3MPa；T构梁墩顶处截面应力超过规范规定的拉应力，最为-0.814 8MPa，其它截面应力均满足规范要求。
5 结论
本文通过荷载试验、结构性状专项检测和结构验算相结合的方法对桥梁的结构承载能力进行评定。结果表明，T构的整体刚度和承载能力基本能满足设计荷载要求，但从桥跨结构型式看，T构中跨的跨径与两边跨跨径之和相当，而中跨采用的是悬臂加挂梁的结构，其整体刚度较边跨差，T构箱梁在各种因素的作用下出现开裂等缺陷，降低了结构的整体刚度，这些缺陷都是导致T构不断下挠的原因。
该方法与《公路旧桥承载能力鉴定方法（试行）》的评定方法相比，考虑了结构性状的折减等因素，用修正后的参数进行结构构件承载能力的验算，更全面、准确地反映了桥梁的整体状况，与实际的检测结果吻合较好。
