主梁承载能力评定

主梁承载能力评定（精选五篇）

主梁承载能力评定篇1

1 梁桥主梁承载能力影响因素的隶属函数建立

1.1 结构完整性的分级隶属函数

在役梁桥的结构构造, 往往存在一定程度的不合理现象。结构完整性的不同, 对梁桥结构使用功能和承载力的影响不同。因此, 以结构 (构件) 构造的缺陷程度作为模糊划分的依据, 建立结构完整性的分为良好状态、较好状态、较差状态、差的状态、危险状态五个评价等级。

1.2 混泥土强度的分级隶属函数

由于混凝土的质量问题, 造成钢筋混凝土构件内部存在缺陷及密实度差, 不仅影响梁桥的承载力, 而且大大削弱了混凝土抵抗外界有害介质侵蚀的能力。取混凝土实测强度与设计强度之比作为混凝土质量影响的分级指标, 按照模糊划分的原则确定分级隶属函数: (1) R实/R计<1.07为危险; (2) 1

1.3 裂缝的分级隶属函数

裂缝对钢筋锈蚀的影响也会随着裂缝宽度的增加而增大。本文取裂缝最大缝宽和裂缝容许缝宽的比作为裂缝影响的分级指标, 按照模糊划分原则确定的分级隶属函数:0<最大缝宽/容许宽度<0.42为良好, 0.28<最大缝宽/容许宽度<0.7为中级, 0.56<最大缝宽/容许宽度<1为差, 0.84<最大缝宽/容许宽度为危险。

1.4 钢筋锈蚀的分级隶属函数

钢筋锈蚀对梁桥的承载能力有明显的影响, 钢筋锈蚀越严重, 承载力越小。以钢筋电位水平作为钢筋锈蚀影响的分级指标, 按照模糊划分的原则确定分级隶属函数: (1) 电位水平 (m V) >-50, 钢筋未锈蚀; (2) -50<电位水平 (m V) <-150, 锈蚀状况不明确 (锈蚀、锈空、局部锈蚀) ; (3) -150<电位水平 (m V) <-250, 严重锈蚀; (4) 电位水平 (m V) <-250, 全面锈蚀。

1.5 变形的分级隶属函数

对于梁桥结构的长期变形, 主梁下挠后受压区混凝土应变显著增大, 从而大大削弱了梁桥的承载力。因此, 以结构 (构件) 构造的变形程度作为模糊划分的依据, 建立变形的分级隶属函数:

(1) 良好状态:完好

(2) 较好状态:较好, 梁体无明显变形

(3) 较差状态:出现明显下挠, 挠度小于限值

(4) 危险状态:挠度或其他变形大于限值

(5) 差的状态:出现明显下挠

2 基于模糊和熵权法的梁桥主梁承载能力评价模型

2.1 建立评价因子集和评价结果集

为了实现评价, 需要建立评价因子集和评价结果集并建立两者之间的关系。梁桥主梁承载力的主要因素有结构完整性B1、混凝土强度B2、裂缝B3、钢筋锈蚀B4、变形B5。故评价因子集为F={B1, B2, B3, B4, B5}.将梁桥主梁承载能力外观技术等级的评价结果集C分为优秀、良好、中等、差、危险五个等级。则C={R1, R2, …, Rn}={优秀, 良好, 中等, 差, 危险}, 评价等级对应为:

(1) 优秀[95, 100]

(2) 良好[80, 95]

(3) 中等[60, 80]

(4) 差[40, 60]

(5) 危险[0, 40]

2.2 评价指标的模糊评价矩阵确定

在进行模糊综合评价前应先确定各评价指标的隶属度。对于定量指标, 通过隶属函数确定该评价指标的等级的隶属度。对于定性指标, 通过模糊统计法来确定指标的评价等级的隶属度。模糊统计方法是让参与评价专家按事先给定的评价集C给各个评价指标划分等级, 再依次统计各个评价指标Uij属于各个评价等级vq (q=1, 2, 3, 4, 5) 的频数nijq, 由nijq计算评价因素隶属于评价等级vq的隶属度rijq, 即用属于某一评价等级的专家人数占总专家人数的比例来确定评价指标的评价等级的隶属度[1]。如果聘请n个专家, 则评价指标Uij的隶属度为

最后得到指标的模糊评价矩阵V= (xij) mxn

2.3 熵权法确定指标权重

(1) 首先应对指标值进行标准化处理, 即对X矩阵进行标准化处理。计算第j项指标下第i个评价对象的指标值的比重pij

式中xij为第i个评价对象在第j项指标下得到的评价指标值。

(2) 计算第j项指标的熵值hj

(3) 计算各项目指标的权重wj

2.4 梁桥主梁承载能力的等级评价

定义C集的指标权向量I, I表示隶属于C集的模糊度峰值的对应值的集合。通常情况下, C集是按照特征值程度均匀分布的集合, 在这种情况下, I为规则的等差序列[2]。因此, 最终的安全等级分值L可表示为:

3 实例分析

本文以重庆某梁桥的安全评价为例来校正上面所提评价方法的有效性。该桥的主梁采用1X20m预应力简支空心板。桥梁下部结构为U型桥台。桥面总宽度为12.0米。路面采用水泥混泥土路面。该桥的空心板腹板、底板出现大量纵向裂缝, 钢筋锈蚀等情况也比较严重。通过获取、整理全面描述和记录桥梁主梁基本特征和当前技术状况的信息, 邀请20位专家进行评分, 对于梁桥主梁外观技术等级评价中的定性指标, 即结构完整性和变形等评价指标的评价等级列表征求专家意见, 并根据式 (1) 计算其隶属度。对于定量指标, 根据其隶属函数计算各数量化指标的隶属度, 这样就可以得出对专家评价信息进行统计和归一化, 建立隶属矩阵。

根据公式 (2) 、 (3) 、 (4) , 得到指标权重后赋予优秀、良好、中等、差、危险5个评语状态的特征值, 即定义指标权向量I为I=[100, 80, 60, 40, 20]求得L=61.2, 根据综合评价该梁桥的承载能力主梁外观技术等级为三级, 说明该梁桥的承载能力不足, 应该采取相应的加固措施。

根据《公路桥梁技术状况评定标准》 (JTG/TH21-2011) 规定, 本桥上部结构技术状况评分为68.75, 桥梁上部结构技术状况等级为3类。需对该桥上部结构进行加固。

4 结论

混凝土构件的实际承载能力受到很多因素影响, 通过模糊与熵权相结合的方法得到梁桥主梁承载力的外观技术等级, 较准确的评价了梁桥上部结构的承载能力, 同时也为确定相对应的加固方案提供科学依据。

参考文献

[1]文兴忠.基于熵权和模糊综合评价的航空公司安全风险研究[J].四川广汉:中国民航飞行学院人事处, 2012.

斜拉桥的检测与承载能力评定篇2

斜拉桥是一个由索、塔、梁三种基本构件组成的组合结构,具有良好的力学性能,建造相对经济,景观优美,已成为大跨径桥梁建设中最有竞争力的桥型。但是由于车辆荷载、温度和其他环境因素的作用以及材料本身某些随时间变化的特性的影响,桥梁结构的几何线性及内力状态将会发生变化,在不利因素的长期作用下,斜拉桥的功能和技术状况一般都在逐渐退化。准确地检测评定斜拉梁承载能力,对其实际技术状况做出评估,以确保桥梁结构安全,这是公路桥梁养护工作的重要内容。

根据每座斜拉桥的具体情况和检测重点不同,技术状况检测项目也会有所不同,但一般有如下一些项目需要进行检测:

1)斜拉桥索塔及主梁轴线线形的检测;2)索塔及主梁混凝土裂缝检测;3)主梁各控制部位应力的检测;4)斜拉索索力的检测;5)斜拉索的防护层、斜拉索锈蚀情况及斜拉索锚头锈蚀情况的检测;6)桥梁附属设施的检测;7)桥梁自振特性及振动水平检测。

下面以青龙桥为例,简要介绍斜拉桥的检测内容、测试方法,以及结构承载能力评定方法。

1 桥梁概况

青龙桥主桥桥梁结构形式为单塔单索面扇形斜拉桥,主跨跨径为70 m,边跨跨径为50 m。加劲梁采用预应力混凝土箱梁结构,截面形式为单箱五室。加劲梁边跨采用铁砂混凝土压重。桥梁主塔采用独柱形式,结构上采用墩梁固结方式。桥面以上塔高45.992 m,塔柱下段采用两根直径为2.0 m的圆柱形钢管混凝土柱,两柱顺桥向净距2.0 m。该桥于2008年7月建成通车。立面图见图1。

2 成桥索力检测

斜拉桥等成桥后的索力测定基本上都是通过测拉索频率,计算得到索力。在封闭交通情况下,打开拉索防护罩,将高灵敏度的拾振器绑在斜拉索上,拾取拉索在环境振动激励下的振动信号,经过滤波、信号放大、A/D转换和频谱分析即可测出斜拉索的自振频率,进而由索力与拉索自振频率之间的关系获得索力。根据检测索力计算可知:所有斜拉索安全系数均大于2.5,满足斜拉索安全系数限值2.5要求。

3 斜拉桥的荷载试验

3.1 静载试验

为了满足鉴定斜拉桥承载力和桥梁状况评定的要求,静载试验工况的选择应反映桥梁结构的最不利受力状态。斜拉桥的索、塔、梁是其主要受力构件,因此斜拉桥实桥静载试验测试内容必须包含对这三种主要构件的测试。一般斜拉桥静载试验应包含以下几项:主梁、横梁、主塔以及桥面板控制截面在试验荷载下的应变(应力);主梁、横梁控制截面在试验荷载作用下的最大挠度以及塔顶位移;斜拉索的索力增量。

为了测试以上几项内容,需要设置多个加载工况。根据青龙桥结构受力特点以及荷载试验实施的需要,确定测试截面及测试项目如表1所示。

表1中测试截面如图1所示。试验采用30 t标准重车加载,各测试截面荷载效率系数均在0.8～1.05,满足规范要求,通过现场加载测试得到各测点的应力及变位值。

3.2 动载试验

行驶在公路桥梁上的车辆因受到多种复杂因素的影响,对桥梁结构产生冲击效应,因此动力效应往往会大于其静止作用在桥上所产生的静力效应。通过跑车、跳车和刹车试验测试结构的动应力和主梁的动挠度,可以分析获得不同行车条件下的冲击效应。根据试验项目及精度要求,通常进行动载试验使用的仪器有拾振器、动位移计、信号放大器等。根据实测主梁动挠度曲线,可以由下式推算出主梁的动力方法系数1+μ:

$1 + μ = \frac{最大动挠度值 γ}{本次波形振幅中心轨迹线的顶点值 γ_{0}}$ 。

本次动载试验采用一辆30 t标准重车分别以车速为10 km/h,20 km/h和30 km/h进行跑车、跳车和刹车试验,用动力测试系统记录跨中桥面竖向速度时程曲线,以测得桥梁在行车条件下的冲击系数值。实测动力方法系数结果如表2所示。

3.3 自振特性测试

一般测定实桥自振特性参数的方法主要有自由振动衰减法、强迫振动法和环境随机振动法。对于大跨径桥梁,较常用的是环境随机振动法,又称脉动法,通过在布置高灵敏度拾振器,采集桥跨结构由于桥址处风荷载、地脉动等随机荷载激振引起的微幅振动响应,从而获取结构的自振频率、振型和阻尼比等动态参数。

测点的布置方式与数据处理分析时期望得到的振型阶次有直接的关系,应在进行模态测试前,利用结构动力分析通用程序进行结构动力分析,估算结构前几阶振型形状和相应的固有频率,合理布置测点位置及布置方向。图2和图3分别为青龙桥一阶竖向振型的理论值和实测值。

青龙桥的各阶测试频率与计算频率的比较见表3。

3.4 结论

试验结果表明,各测试截面的应力和挠度校验系数ξ均小于1,结构的承载能力和刚度满足正常使用的要求,且有一定的安全储备;相对残余变位均小于20%,说明主梁处于弹性工作状态。

桥梁结构的实测冲击系数较均匀,冲击系数满足《大跨径混凝土桥梁的试验方法》评定要求;结构实测振型和频率与理论值吻合较好,且均大于理论值,表明桥梁动刚度满足设计要求;主桥实测前三阶振型对应阻尼比约为0.012,0.017和0.024,在正常值范围之内。

4 结语

荷载试验是评估斜拉桥使用性能和承载能力的非常重要和有效的方法,能够为旧桥的继续安全使用、养护、加固、改建或限载提供可靠的技术资料。在实际工程中,不同桥梁结构应该根据其各自的受力特点,制定相应的检测方案。

参考文献

[1]谌润水,胡钊芳.公路桥梁荷载试验[M].北京:人民交通出版社2,003.

[2]宋一凡.公路桥梁荷载试验与结构评定[M].北京:人民交通出版社2,003.

[3]胡大琳.桥涵工程试验检测技术[M].北京:人民交通出版社2,002.

[4]吴中鑫,刘彦峰.浅析斜拉桥加固改造工程的索力测试方法[J].科技创新导报,2009(30):21-24.

[5]叶小吁,何祖发.南昌英雄大桥荷载试验研究[J].铁道标准设计2,009(11):41-42.

主梁承载能力评定篇3

1 桥涵的定期检查

1.1 相关规定

目前的桥涵检查包括经常性、定期以及特殊性检查三个方面, 经常检查包括对桥面设施、上、下部结构以及附属构造物的技术情况进行检查;定期检查有计划的对桥涵主体结构及附属构造物的技术状况进行周期性的检查, 同时对技术状况进行评定;特殊检查是在特定的情况下对目标桥涵的技术状况进行鉴定, 对导致其病害的因素、破损的程度、承载能力等进行判断。目前, 各国对桥涵定期检查的规定都不一样, 我国的规定是以目测结合仪器检查进行桥涵的定期检查, 周期一般为3年1次, 不能超过3年, 对特殊结构桥涵的定期检查则要提高到每年1次, 检查时的相关技术规程要以《公路桥涵养护规范》为根据。在进行特殊检查时, 需要委托有相应资质以及能力的单位进行, 通过仪器设备的检测或试验结合理论分析的方法, 进行桥涵缺损状况、病害原因、承载能力以及抗灾能力的评定, 然后根据检查结果进行维修措施的制定。

1.2 耐久性病害

对桥涵结构进行定期检查中, 在役桥涵耐久性病害的检查为重点内容, 通过对各种病害机理以及原因进行分析, 能够为状态的评估提供可靠的依据。混凝土结构的桥涵在设计以及施工中主要考虑冻融破坏、过劳、抗磨损、渗透性以及抗化学侵蚀性等。然而在实际的施工中, 由于某种原因往往会把设计中的这些考虑忽略掉, 材料的不合格、外加剂的使用常有发生, 造成很多桥涵在交工不久后就出现破损。通过调查得知, 常见的耐久性因素除以上设计施工中需要考虑的几点外, 还有钢筋的锈蚀、碱骨料的反应、自然环境的因素 (如酸雨、生物侵蚀等) 以及人为、社会等其他因素。如在施工时振捣不实, 钢筋分布又密, 从而使得混凝土内部存在孔洞, 表层混凝土顺筋胀裂不明显, 而内部的钢筋已经被严重锈蚀。碱骨料的反应通常比较慢, 膨胀会使表面开裂, 其裂缝的形貌受钢筋限制力度影响。钢筋限制力较小时, 则为杂乱的网状裂缝, 有白色碳酸钙析出, 且有骨料反应环生出;当钢筋限制力较大时, 则为顺筋裂缝。网状裂缝在桥面板发生疲劳裂缝时也会有此表现, 这种情况的病害也会有白色碳酸钙晶体析出。但碱骨料反应是整体龟裂, 同时有集料反应环生成。

2 技术状况评定

2.1 相关规定

对桥涵进行评价是非常不容易的事情, 要对检测来的数据进行精确的计算以及对破坏机理进行正确的分析, 才能将桥涵的寿命正确估计出来。对桥涵的评定主要是对其规划使用期限内功能以及承载能力的评价, 安全性、耐久性以及适用性是其内容的主要包括。桥涵的评定主要是通过桥涵定期检查得来的数据对桥涵各部件的技术状况进行综合评定, 然后根据次评价确定桥涵的技术等级, 制定养护措施。目前各国对桥涵的评定都是采用对桥涵不同构件进行现场评分的方法进行。我国主要是依据《公路桥涵养护规范》进行, 有桥涵各部件权重及综合评定、按桥涵部件缺损状况对重要部件的最差缺损状况评定以及按桥涵总体评定标准进行评定三种方法。一般评定是通过外观检查进行的, 其具有很好的普及性, 对基层人员进行现场评定十分方便。但其也有检查管理人员素质参差不齐、使用范围受限 (只可用于定期或日常维护检查) 、无法对内在结构进行检查、很难对承载能力做出评价等缺点。除状态指数之外, 桥涵技术状况的评定及养护措施的制定还要考虑健康指数和能力评价指数, 以便对结构的状态、维修的经济性、交通量等做出正确评定。

2.2 承载能力评定

一般评定的方法是很难对桥涵承载能力做出评定的, 在对现役桥涵进行承载能力评定时, 首先要对其现状进行检查, 对其目前承载能力折减或提高系数进行检算, 根据检算出来的结果来确定该桥涵是不是需要进行下一步的荷载试验来确定其承载能力。如需要进行荷载试验, 则要在荷载试验后根据试验的结果对其目前承载能力的折减或提高系数重新进行检算, 然后还要对其结构强度以及稳定性进行校核。当前使用的针对检算要点以及方法等方面的规定有些太过于原则, 使得检算人员在对不同桥涵进行检算时, 计算方法以及模式等方面的选择上有不一样的理解, 从而导致检算结果出现差异, 甚至相悖。此外, 旧有的桥涵承载能力评定方法中, 荷载试验鉴定主要是依据结构检算的结果来进行, 但其对如何在在检算中运用桥涵的检查以及检测结果、如何确定检算系数取值的定量以及如何对试验结果进行评定等并没有明确的规定及方法, 从而导致根据测结果计算分析的评定方法在实际中无法应用, 而是需要通过程序相对复杂、费用相对昂贵的荷载试验才能对在役桥涵进行鉴定。此外, 目前采用的荷载试验基本都是基于非破坏的基础上进行的, 其试验结果只能是短期荷载能力的反映, 并不能对影响承载能力的结构极限性能、疲劳性能、材料的强度以及耐久性等因素进行反映。因此, 《公路桥涵承载能力检测评定规程》中指出, 在役桥涵的承载能力要在现有评定承载能力的基础上, 结合对桥涵缺损表观的检查结果、混凝土强度的检查结果以及结构模态的检查结果进行综合分析后, 引入承载能力恶化系数、截面折减系数以及活载影响修正系数, 才能进行结构承载能力的检算分析。这一方法对影响桥涵承载能力的因素进行了全面的考虑, 使结构检算的重要性得到了强化, 从理论上来讲是非常合理的, 但在实际操作中, 其技术难度有了很大的增加, 同时还需要大量的检测工作来配合才能进行。

3 结语

随着社会对道路交通网络的要求也不断增加, 整个道路交通网络都承受着前所未有的压力, 这就使得在役桥涵, 尤其是早期建设的在役桥涵其设计以及建造技术都不能符合当下的要求。为了改善这些桥涵的现状, 就必须要将对其的维护、修理、加固等重视起来。对在役桥涵现状的评定、维护以及加固改造等需要有相关的技术以及管理措施进行配合, 才能有效的实施。在交通路网桥涵维护管理中, 能够提供精确的状态评定、劣化预测以及维修加固对策等是至关重要的, 这关系到整个维护方案的设计以及资金投入的计算。因此, 提高在役桥涵的检测水平、建立可操作的状态评定指数、加强桥涵的维护决策等有着重要的意义, 是整个社会经济发展, 改善人民生活水平的重要保障。

摘要：桥涵是交通路网中不可缺少的组成部分, 其功能的好坏与交通路网的使用休戚相关, 因此, 对桥涵进行维护、加固等措施能够有效保护交通路网的安全使用和改善路况, 桥涵的定期检查和检测也成了桥涵养护和管理不可缺少的环节之一。本文就桥涵现阶段检测的内容、技术等进行叙述, 对目前桥涵的检测和承载能力评估提出一些思路。

关键词：桥涵病害,检测,承载能力

参考文献

[1]吴少强.超长多跨连续预应力梁若干问题的研究[D].兰州交通大学, 2013.

[2]宝瑙珉.预应力梁智能张拉系统的荷载确定及结构优化[D].广西科技大学, 2013.

[3]胡行飞.体外预应力混凝土梁固有频率研究[D].内蒙古科技大学, 2012.

单箱多室宽箱梁桥承载能力评定篇4

一、单箱多室宽箱梁桥的计算方法概述

1. 常用计算方法及优缺点

目前解决单箱多室宽箱梁桥梁计算方法有: (1) 空间梁元模型法; (2) 空间薄壁箱梁元模型法; (3) 空间梁格模型法; (4) 实体、板壳元模型法。

第一种方法, 是不能考虑桥梁的横向效应的, 使用时要求桥梁的宽跨比不能过大。第二种方法, 是第一种方法的改进, 主要区别是采用了不同的单元模型, 考虑了横向作用如翘曲和畸变。第三种方法, 是目前设计及科研中常用的方法, 其特点是容易掌握, 且对设计能保证足够的精度, 其中采用较多的是剪力—柔性梁格法, 能充分考虑弯桥的横向的受力特性, 其优点是无需计算横向分布系数。第四种方法, 是解决问题最有效的方法, 能够考虑各种结构受力问题。

2.梁格法基本原理

梁格法作为一种桥梁空间的简化分析方法, 由于结构原型与粱格模型有着不同的结构特征 (例如梁格之间结构不连续、粱格节点上应力集中等) 因此其内力反应只能说是近似, 一般来讲, 上部结构的网格布置越密集, 这种近似性就越好, 计算结果也更符合实际;近似:弯矩与曲率成正比, 任一方向的弯矩与正交方向的曲率有关, 钢筋混凝土泊松比 (0.15~0.16) 比较小, 精度满足设计要求;实际结构, 任一单元平衡要求扭矩、扭率在正交方向上相等;等效梁格体系不能满足要求, 但当网格划分足够细密时, 可近似相等。

梁格法基本原理:用等效的梁格代替桥梁上部结构, 将分散在板、梁每一区段内的弯曲刚度和抗扭刚度集中于最邻近的等效梁格内, 实际结构的纵向刚度集中于纵向梁格构件内, 横向刚度集中于横向梁格内。

理想的刚度等效原则:当原型实际结构和对应的等效梁格承受相同的荷载时, 两者的挠曲将是恒等的, 并且每一梁格内的弯矩、剪力和扭矩等于该梁格所代表的实际结构部分的内力。

粱格法成败的关键在于采用合理的梁格划分方式和正确的等效梁格的刚度。具体的梁格划分方式及刚度的取值方法见文献。

二、工程背景及有限元模型建立与分析

1. 工程背景

某现状快速路高架桥为单箱多室宽箱梁桥, 在运行过程中经过实体检测后, 根据其现状情况对其进行承载力评估。承载力验算的桥梁为实桥的右幅第二联25+30+25+25+20 m的单箱六室5跨连续箱梁桥, 桥型布置图及立面图分别见图1及图2。箱梁的混凝土材料为C40, 预应力钢筋采用钢绞线。

2.旧桥承载能力修正系数 (见表1)

根据病害特征及特殊检测报告, 各联宽翼箱截面梁上部结构验算结合《公路桥梁承载能力检测评定规程》 (JTG/T J21-2011) , 引入桥梁检算系数 (Z1) 、耐久性恶化系数 (ξe) 、截面折减系数 (ξc, ξs) 及活载修正系数 (ζq) 对结构抗力效应和荷载效应进行修正。

3.有限元模型计算

利用midas Civil建立空间梁格有限元模型, 如图3所示。

(1) 承载能力极限状态下控制截面内力验算在承载能力极限状态下, 对宽翼箱截面梁的各控制截面的抗弯、抗剪承载力进行验算, 抗弯验算分别按只采用旧桥修正系数进行修正和采用修正系数、考虑预应力管道未灌浆及芯模下沉造成钢筋上浮 (5 cm) 等因素进行修正。

1) 在承载能力极限状态下, 抗弯承载力计算仅考虑旧桥修正系数进行修正的结果见表2。

2) 抗弯承载力考虑旧桥修正系数、预应力管道未灌浆及芯模下沉致钢筋偏位下浮 (5 cm) 等因素的影响进行修正的结果。

在承载能力极限状态下, 抗弯承载力计算根据现场检测结果, 考虑局部桥跨预应力未压浆, 截面抗弯承载能力计算偏安全的按照无粘结预应力构件, 对其钢绞线设计强度进行20%折减予以考虑, 钢筋保护层按减少5 cm予以考虑对梁高进行折减并采用旧桥修正系数对承载力进行修正。计算结果见表3。

3) 抗剪承载力仅考虑旧桥修正系数进行修正的结果, 计算结果见表4。

4) 抗剪承载力考虑旧桥修正系数、预应力管道未灌浆因素的影响进行修正的结果。

在承载能力极限状态下, 抗剪承载力计算根据检测结果, 考虑局部预应力未压浆, 截面抗剪承载能力计算偏安全的按照无粘结预应力构件, 对其钢绞线设计强度进行20%折减, 钢筋保护层按减少5 cm予以考虑对梁高进行折减并采用旧桥修正系数对承载力进行修正, 计算结果见表5。

(2) 正常使用极限状态下主梁应力、变形验算

在正常使用极限状态下对主梁应力进行验算, 在正常使用极限状态下, 次边墩墩顶截面处上翼缘出现2.8 MPa的名义拉应力外, 主梁上缘基本处于受压状态, 最大压应力出现在中跨跨中位置, 压应力最大包络值约为4.6 MPa, 满足规范要求。宽翼箱截面梁截面下翼缘在边跨四分点附近, 出现最大2.3 MPa的名义拉应力, 其余各跨也在四分点附近出现最大名义拉应力。按 (JTG D62-2004) 规范中对部分预应力B类构件有名义拉应力对应裂缝的规定, 考虑截面受拉区混凝土中非预应力钢筋的影响及梁高的修正, 该联名义拉应力规范限值为4.9 MPa, 满足规范要求。

在正常使用极限状态下, 各跨跨中在汽车荷载作用下挠度变形计算结果如下表6所示。

三、结语

(1) 承载能力极限状态下, 构件控制截面抗弯、抗剪承载力验算结果显示, 按两种情况修正的计算考虑预应力管道未灌浆等因素的影响下, 最不利的修正计算表明支点附近截面抗剪承载力, 支点、跨中截面的抗弯承载力满足规范要求。

(2) 在正常使用极限状态下, 最不利荷载工况主梁下缘最大名义拉应力为4.6 MPa, 按JTJ 023-85规范中对部分预应力B类构件有名义拉应力对应裂缝的规定, 考虑截面受拉区混凝土中非预应力钢筋的影响及梁高的修正, 该联名义拉应力规范限值为4.9 MPa, 满足规范要求。

(3) 采用空间梁格有限元模型, 能够充分精确地反应单箱多室宽箱梁桥的受力特性, 梁格法在实际工程计算中有较大的优越性。

摘要：为了研究多跨连续宽箱梁的受力特性及承载能力, 运用通用有限元软件midas Civil, 基于梁格法理论建立梁格模型进行分析计算。从而得出控制截面的抗弯及抗剪承载力, 对旧桥的安全性进行综合评估。

关键词：宽箱梁,梁格法,有限元

参考文献

[1]戴公连, 李德建.桥梁结构空间分析设计方法与应用[M].北京:人民交通出版社, 2001.

[2]JTG/T J21-2011, 公路桥梁承载能力检测评定规程[S], 2011.

[3]邱顺东.桥梁工程软件midas Civil常见问题解答[M].北京:人民交通出版社, 2009.

主梁承载能力评定篇5

笔者在多年的高速公路桥梁检查与养护工作过程中,经常发现桥梁被火烧的情况,部分桥梁损伤严重。火灾损伤产生的原因主要有两个方面:一是危化品运输车突发火灾后停滞在桥上,危化品猛烈燃烧,将对桥梁造成不同程度的损伤;二是桥梁临近村庄,桥下堆积柴草等易燃杂物,发生火灾后损伤桥梁。

火灾后桥梁结构受高温影响,导致混凝土和钢筋材料性能劣化,而受火区域的不均匀产生的温度差异改变了结构的内力分布形式,使得内力分布不合理。最直接的后果是桥梁的承载能力受到削弱。

JTG H11-2004《公路桥涵养护规范》中明确要求:在桥梁遭受灾害性损伤后,应对其进行应急检查。目前尚无针对火灾后桥梁的检测评定规范,火灾后材质状况的评定方法存在局限性,很难准确地评定火灾对桥梁承载能力的影响程度。因此,静载试验是评定火灾后桥梁承载能力的最直接和行之有效的方法。

1 桥梁概况

某高速公路小桥,跨径组合为3~10 m,桥梁交角70°。本桥半幅桥面宽14 m,横向布置10块空心板。上部结构采用普通混凝土简支空心板梁,下部结构为柱式墩、钻孔灌注桩基础、薄壁式桥台。上部结构空心板、铰缝采用30号混凝土,盖梁采用30号混凝土,墩柱采用25号混凝土。

1.1 火灾成因

2014年5月,高速上行方向发生车辆追尾事故,事故造成1辆载有可燃物体的车辆起火,由于司机处理不当,车辆停在了桥上,可燃物体燃烧液化流至桥面,后顺桥梁横坡通过路侧钢护栏流至2号墩盖梁和2号墩外侧柱,并在该处堆积燃烧,造成2号墩盖梁外侧立面及外侧墩柱烧伤严重,3孔10号板端烧伤严重,火灾对3孔构件影响较大,相邻孔构件也受到一定的影响。

1.2 火灾后桥梁技术状况检查与评定

1)桥面系检查。全桥桥面过火面积约为350 m2,火烧处沥青面层老化破碎、粗骨料外露,局部露出防水混凝土。第3孔桥面3#台顶内侧车道曾出现严重坑槽破损,面积为20 m2,火灾发生后管养单位及时用沥青进行修补,修补后产生车辙、坑槽等病害。桥面外侧波形护栏严重变形、损坏、褪色,2号墩顶外侧护栏基座混凝土破损、露筋。

2)上部结构检查。第3孔10#梁端,翼板在靠近2号墩处混凝土破损露筋约长2 m。第3孔1#~10#板底均存在多条横向裂缝,间距约为0.1 m,宽度0.1~0.25 mm。第2孔1#~4#板底出现多条较明显的横向裂缝;5#~10#板底较明显横向裂缝,间距约为0.1 m,宽度0.1~0.2 mm,板底横缝间有纵向支缝,形成网裂。支座无明显变形,表面有不同程度的烟熏。与火灾前桥梁定期检查和经常检查数据对比分析,发现空心板裂缝较火灾前有严重发展。

3)下部结构检查。2#墩3#柱严重破损,混凝土破损、脱落、空鼓、剥离面积约为9 m2,脱落处混凝土深度3~7cm,局部主筋外露。高温造成2#墩3#柱截面存在折减,完整区域周长为3.15 m,严重破损区域周长为3.03 m,减少了12 cm。盖梁在2#墩3#柱顶处存在破损、露筋面积为0.6m2,盖梁外侧悬臂底面存在空鼓面积为0.165 m2。

4)桥梁技术状况等级评定。根据JTG/T H21-2011《公路桥梁技术状况评定标准》,该小桥右桥全桥评分为59.5,综合评定为4类。桥梁上部承重构件和桥墩均为5类构件。

2 桥梁上部结构承载能力检算

本桥选取火灾最严重的第3孔进行承载能力检算。计算采用桥梁博士平面杆系有限元程序,荷载横向分布系数支点处采用杠杆法,L/4~3L/4处采用刚接板梁法,中间采用线性内插。桥梁设计活载为汽车-超20级,挂车-120。板混凝土采用C30混凝土,Ec=3.0×104MPa,容重26 k N/m3。普通钢筋采用HRB335,Es=2.0×105MPa。桥面铺装为9 cm沥青层+10 cm C30防水混凝土,均布荷载施加。桥梁两侧防撞护栏按均布荷载施加于边梁与中梁上。

由于火灾高温对桥梁结构存在一定程度的损伤,因此,根据JTG/T J21-2011《公路桥梁承载能力检测评定规程》,并结合桥梁外观检查和无损检测结果考虑折减,取承载能力检算系数Z1取1.00,承载能力恶化系数ξe取0.085。

考虑折减前后的承载力计算结果(如表1)。考虑折减后边板(受火灾影响最严重板)跨中的正截面抗弯强度有明显减少,抗力效应与作用效应之比为0.96,<1.0。根据评定规程的有关规定须通过荷载试验评定桥梁承载能力。

3 桥梁静载试验检测

由于火灾对桥梁的影响程度不均匀,本次对桥梁的3个孔跨均进行静载试验。

3.1 静载试验实施

1)确定静载试验效率系数。静载试验效率系数是某一控制截面的试验荷载作用下的计算效应与该截面设计控制效应的比值,宜0.95~1.05。

本次试验荷载按原设计荷载选定,采用等效荷载加载,等效荷载采用3辆单车重约450 k N的三轴载重汽车,荷载试验效率系数为1.02。加载车辆的前中轴距为3.5 m、中后轴距为1.4 m、横向轮距为1.8 m。

2)测试项目及方法。应力:第1~3跨L/2断面10#板底钢筋应力。应力测试采用先测出应力测点处的应变,然后根据材料的物理特性由应变计算出应力的方法。

挠度:第1~3跨跨中断面各空心板的挠度。挠度测试所用仪器是数显百分表,方法采用悬挂钢丝法。

3)加载工况。本桥对1~3孔均进行静载试验,试验加载时各孔均分三级加载,第一级为试验荷载的40%,第二级为70%,第二级为100%。在满足试验荷载效率以及能够达到的试验目的前提下,加载工况进行简化、合并,以尽量减少加载位置或加载次数。横桥向分为偏心加载和对称加载,顺桥向为各试验孔跨中正弯矩位置。横向偏心加载是最不利荷载试验工况。

3.2 静载试验结果

各孔10#板的钢筋应力测试结果如表2所示。试验孔跨中断面各板挠度校验系数对比结果如表3、图1~2所示。通过测试结果可以看出。

1)相同荷载作用下各孔的10#板钢筋应力有明显的差异。最不利试验荷载工况偏心加载作用下第3孔10#板的应力校验系数最大为0.72,<1.0,但超过了最大常值0.7。增大的受火灾影响较大,而第3孔的10#板烧伤最严重。

2)在相同试验荷载作用下,6#~10#板校验系数大小差异较大。在最不利试验荷载工况偏心加载作用下,第3孔10#挠度校验系数为0.92,<1.0,但超过了最大常值0.80。

3)应力和挠度测试结果均说明火灾对桥梁第1跨的强度和刚度影响较小,第2跨次之,第3跨最大,这与火灾现场实际情况相吻合。说明高温对梁体承载能力已造成一定程度的不利影响。

4)加载过程中,对第3跨10#板跨中腹板竖向裂缝进行了实时观察,在第3跨加载前裂缝宽度为0.2 mm,车辆偏心布载时裂缝宽度扩展为0.38 mm,车辆对称布载时裂缝宽度扩展为0.32 mm,卸载完毕后裂缝宽度恢复到0.2mm。钢筋混凝土构件最大允许竖向裂缝宽度为0.25 mm,加载过程中裂缝宽度已超限。

4 桥梁承载能力评定

根据规范要求,应取挠度和应力校验系数中的较大值对承载能力检算系数Z1进行修正,用Z2代替Z1。通过静载试验得出第3孔10#板的最大校验系数为0.93,内插计算得承载能力检算系数Z2为0.985。

根据表1中数据,计算桥梁最不利边板的静载试验后知结构抗力效应为581.1 k N·m,作用效应与抗力效应的比值为1.11,大于规范要求的1.05,说明桥梁第3孔的承载能力已不能满足要求。

5 结语

本文通过对火灾后空心板桥进行静载试验,根据静载试验结果对桥梁承载能力检算数据进行修正,以此评定空心板桥的承载能力。该方法也可为其他类型桥梁的火灾后承载能力评定提供参考,其评定结果可为火灾后桥梁的加固设计提供技术依据。火灾后的混凝土强度等材料特性的检测与评定目前尚无成熟的标准可依,可采纳的检测方法均有自身的局限性[6]。而火灾后桥梁承载能力评定过程中需要根据混凝土强度等确定分项检算系数,因此,火灾后混凝土材质状况的检测与评定是关键因素,而制定与之相适应的规范标准是必要的。

参考文献

[1]JTG H11-2004公路桥涵养护规范[S].

[2]JTG/T J21-2011公路桥梁承载能力检测评定规程[S].

[3]JTG/T H21-2011公路桥梁技术状况评定标准[S].

[4]CECS 252:2009火灾后建筑结构鉴定标准[S].

[5]湛润水,胡钊芳.公路桥梁荷载试验[M].北京:人民交通出版社,2003.

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