中小桥梁承载能力评定方法研究

'同济大学硕士学位论文中小桥梁承载能力评定方法研究姓名：史敏申请学位级别：硕士专业：桥梁与隧道工程指导教师：史家钧2001.3.1 同济大学硕士学位论文：中小桥梁承载能力评定方法研究摘要随着公路交通的发展，对荷载等级及行车条件的要求不断提高，许多既有桥梁不适应使削要求的情况已经存在，既有桥梁的健康状况日益受到人们的关注。既有桥梁承载能力评定是桥梁安全性研究的重要内容之一。本文主要工作是建立一套快速检测评定中小桥梁承载能力的实用方法。，、一1本文第一章从课题研究的背景出发，说明大跨桥梁和中小桥梁状态评定的各自特点＼简述当前的研究概况与发展趋势，介绍本文的主要研究内容。第二章首先介绍承载能力系数的概念。然后提出本文对影响承载能力系数的几个因素(截面的真实极限强度、恒载与活载效应以及结构损伤对其承载能力的影响等)的处理方法，介绍目前无损检测技术在桥梁工程上的应用。最后说明承载能力系数在评定桥梁结构实际承载能力时的应用价值。第三章和第四章主要研究中小桥梁中常见的受弯构件的承载能力。第二章在分析混凝土桥粱常见病害和混凝十受压全过程曲线的基础上，针对桥梁承载能力评定：【作特点，对现行规范中混凝土桥受弯构件正截面强度计算公式作了改进，并考虑了既有桥梁结构损伤对其正截面强度的影响。第四章首先介绍简支梁、连续梁、牛腿和深梁的斜截面抗剪强度基本计算公式。然后讨论影响钢筋混凝土桥梁受弯构件斜截面抗剪强度的主要因素(如尺寸效应、荷载形式、T形梁抗剪强度、竖向裂缝和斜裂缝等)对于抗剪强度计算的影响。最后提出既有钢筋混凝十-桥梁斜截面强度评定方法，该方法考虑了既有结构的受力特点和损伤特征。第五章主要介绍一套中小桥梁承载能力评定应用程序。在评定既有桥梁承载能力时，充分利用现场测试获得的信息，对分析模型进行修正。根据所获信息的多寡，提出层次分析的思路。采用改进的梯形分块法计算截面几何特性。根据荷载试验特点，建立车辆子坐标系统，实现各种加载工况。第六章通过一个桥梁评定实例，说明桥梁承载能力系数在中小桥粱评定中的具体应用。第七章对全文的主要工作和研究结果进行总结，并指出课题中有待进一步研究的问题。广”?j。?关键词：中小桥梁，承载能力评定，桥梁现场测试，咚肴结构损伤，《l嗲极限强度，混凝士受弯构件，匝截面了_制镯獭F1蟊弼f析一～j丫∞、L、～f 同济大学硕j二学位论文：中小桥梁承载能力评定方法研究ABSTRACTItiswellknownthatquiteafewexistingbridgeshavebeennotappropriateforapplicationatpresent，whilethedemandofloadinglevelanddriveconditionsarealwaysincreasedwithroadtrafficdevelopment．Recently，healthstateofexistingbridgeshasreceivedpublicity．Howtoassesstoad。carryingcapacityofexistingbridgeistheimportantpartoftheworkforbridgessafetyevaluation．Themainworkofthispaperistosetupapracticalmethodforquickassessingload—carryingcapacityofthemiddle-small-scalebridge．Inthefirstpartofthispaper，basedonthebackgroundoftheresearchproject．differencebetweenlarge。scaleandmiddle。little—scaleconditionassessmentisdepicted，someongoingimplementationsofbridgeload-carryingcapacityevaluationareintroduced，thecontentofthisthesisispresentedalso．Chapter2introducestheconceptionofload-carryingcapacitycoefficientfirstly．Amethodispresentedtodealwithseveralfactors，suchasactualultimatestrengthofstructuralmember，deadloadandliveloadbehavior，andstructuraldamages，etc．，thoseinfluencetheload—carryingcapacitycoefficient．ApplicationofNon-damagedetectionmethodstobridgesisintroduced．Inthelastpartofthischapter，applicationvalueofload-carryingcapacityisillustratedinassessmentofactualbridge．Chapter3andchapter4mainlydoresearchaboutload-carryingcapacityofbendingstructure，whichiscommoninmiddle—little-scalebridges．Basedonanalysisofmanydamagesonconcretebridgesandthewholeprocesscalveofconcreteduringpressingtest，chapter3modifiesthecalculationformulaefornormalsectionstrengthincurrentstandard．Anewmethodisadoptedtobridgeassessment，andhowstructuredamagesinexistingbridgesinfluencetheirnormalsectionstrengthisconsideredChapter4introducesbasicformulaeofobliquesectionstrengthforsimplesupportedbridge，continuousbridge，ox-legstructureanddeepbeam．Fourfactors，dimensioneffect，loadingtype，T-sharpbeam，straightforwardandobliquecrackaswell，arediscussed．Finally，inaccordingtomechanicalfeatureandextentofdamageofexistingbridge，amethodtoassessobliquesectionstrengthofexistingreinforcedconcretebridgeisproposed． 塑篓查兰竺苎兰堡竺兰i室尘堑墨量塑璧尘堡塞查鎏塑垒Chapter5developsasetofsoftwareforassessingload-carryingcapacityofmiddle-small—scalebridges．Theanalysismodelismodifiedwithallusefulmessagesfrombriagefieldteslinassessment．Meanwhile，basedonthequantityandqualityoftestmessages，strategiesofhierarchyanalysesareprovided．ModifiedT-sharpblockapproachisusedtocalculatesectiongeometrycharacteristicsvalueVehicledimensionsystemissetuptorealizeallkindsofloadingconditionsinfieldtest．Chapter6presentsabridgeassessmentexample，andillustrateshowtouseload-carryingcapacitycoefficientinmiddle-smMl-scalebridgesassessment．ThemaincontributionandconclusionofthisworkissummarizedinChapter7wheresomeproblemstobeaddressedabouttheresearchissetforwardKeywords：Middle‘Small—ScaleBridge，Load-CarryingCapacityAssessment，BridgeFieldTest，ExistingStructoreDamages，ActualUltimateStrength，ConcreteBendingStructure，NormalSection，ObliqueSection，HierarchyAnalyses 致谢本文是在导师史家钧教授的精心指导下完成的。从研究方向的确定，开题报告的撰写，论文结构的调整到具体文字的修改，导师倾注了大量的心血。两年来，在学习方面，导师给予了极大的鼓励与帮助；在生活方面，导师给了我无微不至的关怀。他的敬业精神、严谨求实的科学态度将使我终身受益。在此，对我的导师史家钧教授致以深深的谢意。在研究工作中，一直得到上海市政研究院张澎涛总工程师和同济大学桥梁试验室张启伟副教授的悉心指导和帮助，对此我表示深深的谢意。在研究工作及论文写作过程中，桥梁试验室的章关永副研究员、兰海博士、戴世敏实验师、金平实验师、周宾助理实验师给了我很多帮助和指导，在此对他们表示感谢。感谢沈小雷、吕强、何宪飞、刘志刚、孙斌、刘跃华同学六年来给予我的帮助和关心。感谢给予我帮助的桥梁系的其他老师、98级硕士班同学以及师兄弟周有为、徐惠丹和孙九春同学。谨以此文献给我的父母、兄长和我的男友。 第一章绪论1．1中小桥梁承载能力评定研究的意义上海市市区现有桥梁329座，其中大型、特大型桥梁32座，中型桥梁125库，小碴桥梁172庵。这些桥梁中，47座建于解放前，132座建丁二50～70年代，150座建丁80年代。此外，还有建于90年代的内环线、成都路和延安路等高架道路工程。在纵横交错的城市交通网络中，桥梁结构起着枢纽的作用，桥梁结构的安全使用无疑是使整个城市交通网络保持正常运作的关键环节之一。桥梁建成通车后，会受到气候、环境等白然因素的影响而逐渐老化，加之交通量的增长，运输车辆的重量和外形尺寸的增人，加剧r既有桥梁的质量退化，导致桥梁的实际承载能力的降低。因此，桥梁管理部门需要及时了解既有桥梁的实际承载能力，根据实际情况安排桥梁养护、维修、改建等l：作，保证桥梁结构的安全使州，从而保证整个交通网络的正常畅通。交通网络中各桥梁修建的年代跨度大，荷载设计标准不一，桥梁修建上艺、质量均不相同，使得既有桥梁实际承载能力的评定上作更为复杂。目前，桥梁T=程界正从两个方面展开桥梁状态的评定r作，这就是大型桥梁健康状态的综合评估及中小桥梁承载能力的评定。在实际评定f作中，中小桥梁与大跨桥梁采取的评定方法与策略是不相同的。人跨桥梁一般建设规模人，耗资巨大，在国民经济和社会生活中起着举足轻重的作用。目前，在大跨桥梁的安全性、耐久性研究中经常采用的一种方法是在桥上建立结构状态监测系统I”，对反映桥梁结构状态的特性参数进行部分或全面监测(例如上海徐浦人桥上安装的结构状态监测系统，包括车辆荷载、温度、挠度、振动特性、应力、拉索振动水平和索力等监测项目121)。然后以监测数据为基础，雨采用综合评定方法，对大跨桥梁的安全性和耐久性做出科学的评定⋯”。在实际道路交通网中，中小桥梁数量很多，分布又广，要住每座桥上像大跨桥那样，安装结构状态监测系统，至少在目前是不现实的。只能通过定期或不定期检测手段(主要是加载试验)，对中小桥梁的最重要的指标——桥梁的承载能力做出评定。桥梁设计的基本准则就是“安全、经济、舒适、美观”，桥梁结构的安全性永远是桥梁使用者、建设者和管理者最为关心的问题。中小桥梁安全性分析中主要考虑的冈素是桥粱结构的承载能力。桥梁结构的承载能力是反映桥梁安全性的特征参数，承载能力不 第一章绪论足则说明结构不能够安全地承受规定荷载通行，如不采取加同措施提高其承载能力或限载、限速以及降低荷载等级，则不能保证桥梁结构的安全性。本课题的研究，从桥梁结构实际情况出发，根据桥梁结构现场荷载试验结果，对承载能力做出符合实际的评定，为桥梁管理部门制定合理、经济、有效的桥梁养护、维修、及改扩建[作提供科学依据，具有很强的实际应用价值。桥梁承载能力评定与桥梁设计不同。评定工作面对的是实际结构，虽然可以通过现场测试等方法获得结构的某些实际信息，但由r设计、施j：、运营及其他冈索的影响，仍然有很多未知的冈素存在。因此，桥梁评定r作是基r一定置信度，提供结构的承载能力状况。对丁二公路中小桥梁来讲，如果能够通过一种简便方法近似估计其承载能力，就没有必要寻求更加复杂的手段。评定[作通常是一个由浅入深、循序渐进的过程，这一特点可称为评定的层次性。在开始评定时，通常利用容易收集到的信息，借助简单适用的评定方法，以便获得初评结果。若对初评结果把握不大或需要更精确的分析，则需要通过详细的调奇，收集更多信息，修正分析模型．对结构进行再评定。评定的层次性反映评定过程本身的经济属性，即尽可能避免无谓的人力物力的浪费。评定方法有定性和定量两大类，各种评定方法都存在一定的适用范围和局限性。在实际评定1．作中，应针对不同结构、测试条件以及评定成本的要求，灵活地选择合适的评定方法。1．2桥梁承载能力评定技术的现状和发展趋势既有桥梁结构承载能力的评定比新桥设计复杂，不同的国家或研究机构提出的评定方法是不同的，且对不同形式的桥梁，其承载能力的评定方法也不同。常用的方法有：基于外观调查的方法，基于设计规范的方法，荷载试验方法，基丁-专家经验的方法，基丁结构可靠度理论的方法等。●基于外观调查评定法：通过有经验的桥梁技术人员对既有桥梁进行全面检测，根据刚文字描述的定性和定量检测结果对桥梁质量进行分类、评分。“公路养护技术规范”(TJT073．85)p】的评定标准分为一～四类，对应的承载力由符合设计要求到小于75％设计要求，对应的对策由正常养护到加固改建，1991年城建部颁发的“城市道路养护技术规范”(CJJ36．90)”嚏出的评定方法是根据桥梁损坏检测资料，从给定的标准中扣分，最后根据得分数将桥梁的质量评定为优、良、合格、不合格四类。目前在评分的标准、方法上已有丈靛的研究，尤其是近年米随着模糊数学的应用、专家系统的完善，此类评2 第一章绪论定技术已逐渐成熟。然而，此类评定技术主要依据的仍是大量的定性信息，在取值上相当程度依赖于评定工程师自身的经验和判断。不同评定者有可能得出不同的结论。这些方法的局限性在于：1隐蔽结构很难甚至无法进行检查；2．评定方法的效能往往与检查人员的经验和知识密切相关；3．从结构局部位置得到的结果并不能反映全部结构性能；4．必须设置较多的测量点以便获取全部结构性能。这些限制使得这些评定方法费时、费力，代价昂贵。●基丁设计规范的方法17】18I：为定量了解既有桥梁的承载能力，国内外学者在用理论分析计算法评定桥梁承载力方面作了大量研究lj作。这一方法主要是根据实测材料性能，结构儿何』t寸，支承条件，外观缺陷及通行荷载，按照桥梁结构的计算理论来评定承载力。通常以“鉴定系数”来评价承载力，鉴定系数一般表达式为：K2(月一G)／S(1．1)式中：K为鉴定系数，月为构件承载力，G为恒载内力，s为标准车辆的活载内力。以设计过程的结构分析和现行的设计规范为基础，结台实桥检测的结果进行评定，易为评定者理解和接受。但评定过程所刚到的恒载效应和活载效应是建立在设计过程的结构分析上，实际是用设计方法再进行验算，由于设计理论对结构力学模型的简化与实际受力状况的差别，以及计算采用的简化材料本构关系与结构材料多维受力F本构关系的不同，以设计理论为基础的评定方法得到的结果大多偏保守，难以反映结构退化后的受力行为，此外在复杂结构的失效模式判断上也存在斟难，因此有必要在评定过程中对结构荷载效应的确定做进一步的研究。·荷载试验方法⋯10儿¨1i121i13】：在对桥梁进行现场荷载试验后，结合理论分析手段，对实桥进行诊断识别，建立桥梁结构的实际上作模型，进而根据这个模型确定桥梁的实际承载能力。利用现场测试技术，可以获得一部分桥梁结构的确定信息，从而降低评定l：作中的不确定性因素。由于结构识别过程与获取的结构信息密切相关，如要获得比较符合实际的计算模型，必须有足够的已知信息，而实际测试工作中往往难以满足。所以，结构识别工作并非是很容易的。荷载试验一般包括静载试验和动载试验。静载试验主要是测量在试验荷载F，桥梁上部结构的静态反应，包括主梁应力、主梁挠度、横梁应力、荷载横向分布、裂缝情况等。美国BDI(BridgeDiagnosticslnc矫梁诊断公司)开发的桥梁模拟与分析程序便是结合桥梁现场试验结果，对桥梁结构实际承载能力进行评定l“1。崔飞博士论文中采用静载试验方法对结构识别提出了一套比较完善的方法【3J。动载试验法3 第一章绪论是通过对结构的动力特性进行测试以及结构动力特性与结构刚度之间的关系，对结构的实际f作模型进行识别，进一步对桥梁的承载能力进行评定，目前尚处于研究阶段。_『}{=界各国对利用试验模态分析技术进行结构安全评定的方法展开了广泛而深入的研究，这些研究j：作主要包括：对试验模型或真实结构的实测调查，研究基于振动测试方法的可行性和潜力，寻找可用于结构状态指标的敏感参数，研究各种损伤检测和定位技术【”】11钟71118][191。●基于专家经验的方法【20l：专家评定法典型的代表是特尔菲法，它是通过无记名方式，函询各专家的意见，经过多次的反馈和处理，将其变最减少到最低程度，并取得一致的结论。专家系统评定方法就是利用具有相当丁l专家知识和经验水平的计算机系统对桥梁进行评定。在桥梁工程方面，不论是设计、施r、管理还是维修，都存在不确定性闻素或理论研究未能解决的问题，这些问题难以依靠数值计算去处理，或者数值计算难以迅速处理。其中有些问题可以利用专家系统去解决。国内外对于专家系统在桥梁评定中的应用做了很多研究，开发了一些比较成功的专家系统‘2”。如：日本京都大学和大阪大学开发的“钢筋石宁_桥梁损伤评定专家系统”，系统研究结构的损伤模式、损伤扩展模式和损伤原因，并且可以预测桥梁结构的耐久性指标。该系统采用确定性因子的不确定性反向推理(后又采用基于模糊集概念的不确定性正反向推理)。我国西南交通大学开发的“大漂石河流桥梁浅基病害评定及对策专家系统”【2”，该系统包括桥梁浅基病害评定模块，桥梁浅基病害对策模块和动态知识库管理模块，它们可以由模块选择菜单分别调用运行。我囝同济大学开发的“桥梁安全性与耐久性评定的神经网络专家系统”，应用层次分析方法、模糊理论与综合评定等一般的评定知识，提出桥梁安全的层次分析、综合评定法【“。●基于结构可靠度理论‘22】：结构可靠度的概念正逐渐为工程界认识和接受。在桥梁维修养护工作中，需要对有限资金进行合理分配使用。在确保用最少费用达到容许安全等级的前提下，系统可靠度分析方法是检测和维修桥梁达到晟优化，从而可以有效地利用资金。在美国，寿命周期费用分析方法正逐渐成为桥梁设计、检查、维修和重建的必要方法12”psi。多数桥梁在可靠度分析方法应用于结构设计之前已设计和修建，因此迫切需要应用系统可靠度分析方法来评价这些桥梁的安全性。对于既有桥梁结构，其荷载和抗力都是不确定的、随时间变化的随机过程，剩余使用期不同，其相对应的可靠性概率也不同，即可靠性概率是随剩余使_}{j期变化的∞I。随着j：作荷载的增加及结构破损．桥梁系统可靠度随时间逐渐减小。由于钢筋锈蚀、冻融循环、碱．骨科反应等因素影响，结4 第一章绪论构抗力旱退化趋势阱】。通常采用时变的可靠性计算方法，并考虑结构抗力劣化的影响对桥梁结构在剩余使用期内承载能力失效概率进行分析计算。1．3论文主要工作本课题研究目的是结合桥梁现场荷载试验，研究一套实用、快速的桥梁实际承载能力的检测和评定方法。其核心内容是对中小桥梁的实际承载能力进行分析、评定，并在此基础上，结合桥梁其它状况，例如主要混凝七构什的损伤情况等，对整个桥梁结构的实际状态做出总体评定。本文包含两个方面的工作：1评定荷载下，利用承载能力系数评定既有桥梁的承载能力。●既有结构正截面强度评定方法；·既有结构斜截面强度评定方法：包含连续梁、深梁等结构的抗剪强度的评定方法。·考虑混凝{．徐变收缩对超静定结构产生的次内力。2．编制中小桥梁承载能力评定应用程序。参考文献：【】1王家林肖盛燮等“桥梁结构实时响应在线监测的简化分析方法”重庆交通学报1999．12121史家钧项海帆许俊“确保大型桥梁安全性与耐久性的综合监测系统”，同济火学学报1997．V01．25，增刊”1崔飞，“桥梁参数识别与承载能力评定”，同济大学博十学位论文，20001【41潘黎明，“大型桥梁结构安全性与耐久性评定研究”，同济大学硕士学位论文，1997．12口】中华人民共和国交通部部标准“公路养护技术规范(JTJ073．85)”人民交通出版社1986[61中华人民共和国交通部“公路IR桥承载能力鉴定方法(试行)”人民交通出版社1988171李Ⅱ东“基于设计规范的桥梁承载能力评定”桥梁建设1996．2IS]李亚东“既有桥梁评估初探”桥梁建设1997．319[BaldarBakht，LeslieG．Jaeger，“Ultimateloadtestofslab·on—girderbridge”，JournalofBridgeEngineering，V01．118，No．6，June，1992[tOlMagedElhelbawey，ChungC．Fu，M．A．Sahin，DavidR．Schelling“Determinationofslabparticipationfromweigh-in—motionbridgetesting”，JournalofBridgeEngineering，V01．4·No_3，August，19991111OlusegunS．Salawu，CliveWilliams，“Bridgeassessmentusingforced—vibrationtesting”，JournalofBridgeEngineering，Vbl12l，No．2，February，1995[121FredMoses，JeanPaulLebet，RolfBez，“Applicationoffieldtestingtobridgeevaluation”，JournalofBridgeEngineering．V01．120，No．6，June，1992[131VijaySaraf,Andrzejs．Nowak，“Proofloadtestingofdeterioraledsteelgirderbridges”，JournalofBridgeEngineerillg，V01．3，No．2，May，1998 第一章绪论H卜‘BDISoffwarePackage：BridgeModelingandAnalysisProgramManuals”．BridgeDiagnosticslnc．5398ManhattanCircle，Suite280·Boulder,CO80303”1S．S．Law，HS．Ward，GB．Shi，R．Z．Chen，PWaldron，C．Taylor，“Dynamicassessmentofbridgeload·carryingcapacities”，JournalofBridgeEngineering，V01．12l，No3，March，1995”⋯J．ALaman，JS．Pechar，T．E．Boothby，“Dynamicloadallowanceforthrough，trussbridges”，JournalofBridgeEngineering，V01．4，No．4，November，199901“MahmodMSamman，MrinmayBiswas，“Vibrationtestingfornondestructiveevaluationofbridges．1：Theory"”．JournalofBridgeEngineering，V01．120，No．1，January，1994㈣MahmodM．Samman，MrinmayBiswas，“Vibrationtestingfornondestructiveevaluationofbridges．1hResult”，JoumalofBridgeEngineering，V01．120，No．1，January，1994””吴新璇，“结构混凝土无损检测技术的发展”，中国建筑科学研究院”⋯J．Ghaboussi，JHGarrettJr．，X．Wu，“Knowledge—basedmodelingofmaterialbehaviorwithneuralnetworks”，JournalofBridgeEngineering，V01．117，No．1，January，1991””钱冬生，郑凯锋，“号家系统及其在桥梁一I：程中的应瑁9J9西南交通大学o‘“AndrzejSNOWak，AhmedS．Yamani，SamiW．Tabsh，“Probabilisticmodelsforresistanceofconcretegirders97ACIStructuralJournal，V01．9l，No3，May-June，1994‘”“MichaelEEnright，DanMFrangopol，“Reliability-basedconditionassessmentofdeterioratingconcretebridgesconsideringloadredistribution”，JournalofBridgeEngineering，V01．120，NO．1，January，1994“⋯屈文俊车惠民“既有铁路混凝土桥梁的病害分析”桥梁建设19954““孙宝俊“损伤混凝土桥的使用寿命预测”国外桥梁2000．”“王五平罗瑞华“基r系统可靠度分析的使用期桥梁维修方案”国外桥梁2000．1““沈大元强十中等“既有桥梁承载能力评定的方法”92’全国桥梁结构学术会议论文集“”蒋泽汉湛刚“用动态法快速测定桥梁的承载能力”92’全国桥梁结构学术会议论文集6 第二章利用承载能力系数评定桥梁承载能力桥梁承载能力系数是指在给定荷载条件F，桥梁截面的真实强度与荷载效应的比值。对。一座桥梁进行评估时，每个关键截面的每一种失效模式均需进行相应的承载能力系数计算，其最小值便代表了该桥跨承受规定荷载的能力。评估过程中，首先要确定每一种失效模式，即破坏模式。不同到式的桥梁结构，其失效模式是不同的。筒支梁在最不利布载下的最人剪力一般在支点至1／8跨之间，最大弯矩通常在跨中附近，只要对这两处分别进行抗剪、抗弯的承载能力系数计算，就能了解梁的安全程度以及人致的失效路径。连续粱中除了对每一跨度做上述计算外，还应计算各支点附近承受负弯矩的截面的抗弯承载能力系数。各国对于承载能力系数的规定大同小异，基本上都是截面抗力和荷载效应的函数。本文采埘的承载能力系数表达式”112】13l为：月．F．：鱼二兰21里y^{L+(1+I)(2．1)RE为桥梁承载能力系数。凡为被评估截面的真实极限强度，所谓真实极限强度是指根据实测的截面参数及材料特性计算所得的截面强度，对应不同的失效模式可以是抗弯强度、抗剪强度等指标；在既有结构的评定中，还需考虑结构的损伤程度对截面的影响，对截面强度进行折算：rD为恒载的荷载系数；y^为活载的荷载系数；，为活载的冲击系数：D为截面的恒载效应；L为截面的活载效应。从上面桥梁承载能力系数的计算公式中，可以看到该系数与截面的真实极限强度、恒载与活载效应等因素有关，而既有桥梁中，还应当考虑结构损伤对承载能力计算的影响。下面逐一介绍本文对这些因素的处理方法。2．1截面的真实极限强度截面的真实强度不仅与截面尺寸和材料特性(主要是强度)有关，还和桥梁的运营状况(如材料质量、结构损伤等)密切相关。评估』：作中，必要时候可通过实测或材料试验获得所需数据。截面的真实强度计算中，涉及到材料的真实强度，截面的实际尺寸，7 1．第一章利用承载能力系数评定桥梁承载能力钢筋的具体布置等问题。钢筋混凝土梁和板等典型的受弯构件，在公路中小桥梁中应用十分广泛，例如桥梁的上部结构中的粱、行车道板、人行道板，以及柱式墩(台)中的盖粱等均为受弯构件。在主要承受弯矩作用的截面上，构件可能沿某个正截面(与梁的纵轴线或板的中面正交时的面)发生破坏，故需进行正截面强度计算。而在某些截面，承受弯矩和剪力共同作用，构件可能沿剪压区段内的某个斜截面发生破坏，故还需进行斜截面强度计算。2．1．1混凝士强度的推断混凝士的抗压强度在一般情况F随龄期单调增长，但增长速度逐渐减小并趋向收敛。已经有很多经验公式表示混凝十强度随龄期变化【4J【”。CEB．FIPMC90中建议的计算公式为：L(t)=届正(2-2)式中：fc是混凝十：抗压强度，届=P川一。28“’，5依据水泥种类取值，普通水泥和快硬水泥取O．25，快硬高强水泥取0．20。混凝士在持续荷载作用下，应变随时间而增长，这种特殊的现象称为徐变效应。当试什的应力水平较低(ofo8工)，混凝土进入了不稳定裂缝发展期，随时间的变形增长不再收敛，在应力持续一定时间后发生破坏，达到强度极限线。应力水平越低，发生破坏的应力持续时间越长。荷载长期持续作用，而混凝七不会破坏的最高应力，称为长期抗压强度，一般取为O．8fc。经过长期使用的结构混凝士，其强度一方面随龄期增长而提高，另一方面又因荷载的持续作用而削弱。两种因素的共同作用，使得混凝土强度的变化变得复杂。CEB．FIPMC90建议用两个系数∥，、∥2分别考虑。在龄期t(天)时的混凝土抗压强度按下式计算：正(fo，f)=届反正(2—3)式中，腹=0．96—0．12√ln[72(f—to)]，卢』与(2-2)中相同。to为加载肘的混凝七龄期，f．f。为荷载(应力)持续时间，该计算公式适合于估算结构混凝_十在长期使用条件r的抗压强度。混凝土的弹性模量值随龄期(∥天)增长而逐渐提高，并逐渐趋向收敛。CEB-FIPMC 第二章刺用承载能力系数评定桥粱承载能力90中采用的计算式为：E(f)=艮√届(2-4)式中，&为龄期t=-28天时的混凝十弹性模量，口J与(2．2)中相同。评定实桥强度时，应尽量以实测的混凝土强度为依据。可采刚回弹仪进行混凝十强度测试。方法如F”2I：根据桥梁实际情况，选择一定数量(”)的测试区域，例如在每片梁外侧选择测I灭。每一测区里设定一定数目的回弹点，剔除各测区回弹值中的不合理值，采用有效回弹值的平均值作为该测区的回弹值。依据平均同弹值和平均碳化深度，得到每一个测区混凝十的抗压强度R，，再求得桥梁混凝十强度平均值∥R及标准著一R，并考虑小样本子样的影响，采用F式对一R进行修正，其中，／,／为所选测区的数目：仃：弧2n2-3n-5：然后计算RI、R2：Rl=1．18(∥R一1．6450-：)；R2=1．18(R，)。。月』、彤两者之小者作为混凝土强度的评定值R。2．1．2钢筋强度的推断(2—5)主筋面积可以依据设计资料、施j二资料及相关的维修加固资料，并参考现场调查情况(钢筋的锈蚀、混凝土的剥落、关键截面的裂缝程度)，进行分析和判断。《公路旧桥承载能力鉴定方法》161提出了一种估算方法。钢筋混凝士梁桥在进行截面抗弯特性计算时，如果其配筋数量及位置不可知，则只能根据实测横截面进行估算。估算时可首先假定截面受拉钢筋面积重心距梁(或板)受拉边缘距离为a，截面中性轴距截面受压边缘的距离为x，若能找到与其相同跨径的同年代设计的同类其它桥梁设计图时，可参考其a和x值。如果找不到同类图纸时，可使用下列公式进行估算：钢筋混凝士板：a=3cmx=O25(h．讲钢筋混凝土T型截面粱：a=6cmx=O16伪．刨受拉钢筋面积F为：F=瓯／f兹-a-x)(2—6)式中，h为截面高度，＆为混凝土截面面积，钢筋强度仍然取其屈服强度。混凝十中钢筋的锈蚀是一个电化学过程。目前国内外采用的检测和评价钢筋锈蚀的9 第二章利用承载能力系数评定桥梁承载能力电化学方法主要有：半电池电位实验方法、极化学技术、外加电流加速试验方法、电化学噪声。目前国内生产的钢筋锈蚀检测仪见下表2．1t”。表2-1钢筋锈蚀检测仪f型号、尺寸和重量显示方式和技术参数生产厂家GXY-I型钢筋锈蚀测量仪数码显示，联打印机可打印交通部公路科研所尺寸：223"128"107mm绘图，测量范围±1999mv，重量：2,3kg分辨力lmv。SCR一02钢筋锈蚀率测定仪数码显示，测量钢筋锈蚀速冶金部建筑研究总院尺j}：70+200*／50mm(两件)度，量程为：电位O～2v，总重：2．5kg电流0～2Ma，精度95％。2．1．3既有钢筋混凝土桥梁受弯构件jE截面强度评定方法钢筋混凝士结构是由钢和混凝土这两种物理一力学性能不同的材料组成，钢筋在屈服以前是弹性材料，混凝十是弹塑性材料，不服从虎克定律，冈此按弹性材料公式计算的结构承载能力与由试验得出的结果出入很人‘8119I；而且混凝十受拉区裂缝的形成与开展，也很难用弹性材料的公式来计算，近代钢筋混凝士结构的计算方法，一般是建立在试验研究的基础上。具有适量配筋率的钢筋混凝士受弯粱的试验，从轻微加载到破坏荷载，可分为三个工作阶段：开裂前阶段、带裂缝I：作阶段和钢筋屈服阶段【9】。钢筋屈服阶段是按极限强度状态计算的基础，此时，受压区混凝士进入塑性，戍力图为一高阶曲线。实际设计』=作中，为简化计算，一般采用等效矩形应力闰替换受压区混凝土的曲线应力图【5㈣】，等效原则是使两个图形的体(面)积相等而且重心重合，即保持总压力的数值和作用位置相同。评估工作中，本文借鉴了我国交通部颁布的《公路桥涵设计规范》(JTJ023．85)⋯1中的计算公式，但根据评估[作的特点加以适当变化。既有结构在运营多年后，由于结构的自然老化、车辆荷载的增加、不利的环境影响以及养护维修的欠缺，桥梁不可避免地产生各种结构损伤。通常，桥梁的使用期越长，结构损伤的损伤程度也越大。在进行正截面强度评定的时候，必须考虑既有结构的特征和损伤程度。10 第二章利用承载能力系数评定桥梁承裁能力本文结合中小桥梁截面形式及力学特点，提出了一套钢筋混凝十中小桥梁受弯构件正截面强度的评定方法。与按《公路桥涵没计规范》(JTJ023．85)111l评估桥梁正截面承载能力的一般方法相比，本文提出的方法包含二个方面的改进：1．对于矩形截面和T型截面，考虑不同的等效矩形应力图；2考虑截面受压区的实际高度，对两类T梁进行判断；3．考虑既有结构的损伤程度，评定既有钢筋混凝土的抗弯强度。本文第三章中将详细说明该评定方法。2．1．4钢筋混凝士受弯构件的斜截面强度计算方法钢筋混凝土受弯构件在荷载作片jF，各截面上一般都同时作Hj有弯矩和剪力。许多试验研究表明，配有腹筋(钢箍或兼有弯起钢筋)的钢筋混凝十梁的斜截面破坏形式包括二种：斜压、剪压和斜拉破瓤i。《公路桥涵设计规范》(TJT023--85)flll的斜截面抗剪强度计算是针对“避免构仲剪压破坏”作为设计计算的根据。斜压破坏通过规定的抗剪上限值，即采朋规定梁的最小尺寸来保证：斜拉破坏则用规定的抗剪下限值，即规定构件不允许出现斜裂缝的最大容许拉应力值，并且在这范围内规定了最小配箍，以保证构件必要的延性。在实际评估中，可先核算桥梁结构是否满足抗剪上、r限值，若不满足，可判断为结构抗剪强度不足：若满足要求，再进行进一步的斜截面抗剪强度计算，以避免构件剪压破坏。冈此斜截面强度计算，主要是指斜截面抗剪强度计算。既有结构在运营多年之后，结构存在不同程度的损伤，在进行斜截面强度的评定中必须考虑既有结构的特征和损伤程度。钢筋混凝土桥梁中存在的损伤裂缝改变了梁的传力机制和破坏形态，使梁的斜截面抗剪强度大为降低㈦。本文提出的评定方法是：首先，通过外观检测，了解结构的损伤状况；然后，考虑损伤斜裂缝、损伤竖裂缝以及钢筋锈蚀程度等因素对斜截面强度的影响，对结构斜截面强度做出评定。本文第四章中将详细说明该评定方法。2．2结构恒载及其荷载系数结构恒载可以根据构件截面尺寸、材料容重、及非结构构件的布设情况确定。一般，恒载在桥梁使用过程中的变化相对较小，因此可以直接沿用设计值。同时参考收集到的 第二章利用承载能力系数评定桥梁承载能力桥梁养护、维修、加崮等历史资料，将有关截面尺寸及非结构构件的变化情况反映到恒载的计算当中。对于预应力混凝土桥梁结构，预加戍力在结构承载能力极限状态分析时不作为荷载，而将预应力钢筋作为结构抗力的一部分。混凝土的收缩、徐变影响在外部超静定的混凝士结构中的作用是长期存在的，施作为恒载的一部分‘”I。结构因混凝土收缩、徐变引起的次内力计算方法见本文第五章。由于评定某座具体桥梁的承载能力时，结构恒载信息是可以确定的，因此，恒载分项安全系数取1．0。2．3．确定桥梁结构实际承载能力按照上述方法确定了截面真实极限强度及恒载效应以后，利月J承载能力系数来评定桥梁结构的实际承载能力。有两方面的实际应用：1)在给定的汽车荷载条件下，计算承载能力系数确定桥梁结构的安全度。例如，对于需要过桥的特殊重犁车辆，计算最不利f：况F的桥梁承载能力系数，决定它可否安全通过桥梁。对于某条线路上的若干桥梁，在规定的通车等级下，分析各座桥梁承载能力系数变化情况，可以为公路管理部门提供制定养护、维修、改建计划的基本信息。2)在指定的承载能力系数条件下，反算结构能够承担的汽车荷载等级。对丁．同一座桥，承载能力系数越火，则结构能够承担的汽车荷载等级愈低；反之，则结构能够承担的汽乍荷载等级较大。承载能力系数可以根据桥梁结构的重要性与适用性，参考有关部门的意见制订。2．3．1冲击系数冲击系数反映车辆荷载的动力效应。现行世界各国桥梁设计规范中的冲击系数公式，除了加拿大安大略省规范已改用放大谱，即把冲击系数定义为桥梁基频的函数，以及瑞七EPMA对SIA瑞士规范提出了类似的修改建议外，绝大多数国家仍沿用按跨长￡的递减函数的冲击系数公式。采用放大谱的形式来代替传统的冲击系数公式是一个合理的趋势。目前，我国公路桥梁荷载的放大谱的制定工作还处于研究阶段【”】。本文仍然采用我国设计规范中的冲击系数取值。我国《公路桥涵设计规范》(TJT023 第一章利用承载能力系数评定桥梁承载能力85)⋯’中对钢筋混凝土桥的冲击系数的规定如-卜：梁桥：￡≤5米，_=030，￡≥钳米，Ⅳ=0：介于二者之间的，直线内插。拱桥：L<一20米，12=020，￡≥刀米，t2=0；介于二者之间的，直线内插。评估过程中，还虑根据桥面平整度及车速情况确定。2．3．2荷载系数评估过程中，外荷载的不确定性使得所州的计算模型、分析方法也不可能十分精确。这种不确定性和不精确性在规范中是通过荷载分项安全系数来体现的。在设计规范中，安全系数的取值是依据设计阶段所观测到的赫载不确定性程度，以及所采用分析方法的不精确程度而决定的。而在评估阶段，若有足够的依据来确定实际的荷载与抗力，或对结构采用更为精确的非线性有限元极限承载能力分析，则不确定性或不精确性就会降低，在维持安全水平不变的前提下，就有理由将评估算式中相麻的安全系数减小。《公路桥涵设计规范》(TJT023--85)[11’中对承载能力极限状态设计时的荷载组合及荷载安全系数的规定如下：1)当结构重力产生的效应％与汽车荷载s’o』产生的效应同号时1．2s6+1．4S；l上述计算式中，昆和S"QI的系数按以下情况提高：汽车荷载效应占总荷载效应5％及以上时，提高5％；33％及以上时，提高3％；50％及以上时，不再提高。2)当结构重力产生的效应南与汽车荷载s"o，产生的效应异号时：o．9s6+1．4s函本文考虑汽车荷载安全系数时，认为在桥梁现场测试中，加载车辆信息(包括轴重、车距、车辆在桥上的相对位置等)是确定，故取汽车荷载安全系数为1．0。若评定桥梁承载能力时，没有进行荷载试验，采用设计规范中的汽车荷载进行加载，则按照设计规范中的系数规定取值。2．4桥梁承载能力计算模型本文所建立的承载能力计算模型，可实现两个目的，其一：在既定荷载条件F，计 第一章利用承载能力系数评定桥梁承载能JJ算荷载效应(包括恒载与活载效应)，给出桥梁的承载能力系数；其一：在指定的承载能力系数条什F，计算结构能够承担的荷载等级。建立承载能力计算模型时，采用粱格系有限元分析方法。结构几何尺寸采用实测值，并参考现场调查情况，依据钢筋混凝土结构质量退化稃度对该处单元的刚度参量折减；对于桥面铺装、人行道及桥栏杆，可依据实际情况酌情考虑它们对结构承载能力的贡献。混凝七和钢筋的强度及弹性模量采用实测值，为真实反映桥梁的实际承载能力，对混凝土考虑非线性本构关系，钢筋可视为弹塑性材料，也可考虑屈服后的强化段。若有荷载试验的资料(给定荷载作用下的钢筋、混凝土的应变分布，若干断面上的挠度)，可判断在给定荷载作用下桥梁最不利受力截面的位置，然后通过积分计算得到相应断面上的荷载效应。参考文献”1崔E，“桥梁参数识别与承载能力评定”，同济大学博士学位论文，20001”1AAsHTO，“GuideSpecificanonsforStrengthEvaluationSteelandConcrete”．1989⋯‘BDISoftwarePackage：BridgeModelingandAnalysisProgramManuals”，BridgeDiagnosticslnc．5398ManhattanCircle，Suite280·Boutder’CO80303”1过镇海“钢筋混凝土原理”清华大学出版社1999”’江见鲸冯乃谦“混凝十力学”中国铁道出版社1991”1中华人民共和国交通部“公路旧桥承载能力鉴定方法(试行)”人民交通出版社1988⋯1吴新璇，“结构混凝土无损检测技术的发展”，中国建筑科学研究院181C．R．Middleton，“Concretebridgeassessment：analternativeapproach”，TheStructuralEngineer，V01．75，No．23，December，199719】Je册evLSchclz“Insearchofbeuerloadratings”，CivilEngineerin仑，September，1993”⋯袁国千主编“配筋混凝七结构设计原理”同济大学出版社1990”11中华人民共和国交通部部标准“公路钢筋混凝十及预戍力混凝土桥涵设计规范(JTJ023．85)”人民交通出版社1989”“钱永久，车惠明“既有钢筋混凝_十-桥梁斜截面强度的评定方法研究”桥梁建设1996．2”“范立础主编“桥梁工程”人民交通出版社1996”4’李国豪主编“桥梁结构稳定与振动”1996”“苏b．b乌日波利亚维丘斯著戚立德徐风云译“钢筋混凝士结构中混凝十强度评定与无破损检测法”人民出版社1991““侯宝隆蒋之峰编译“混凝土的非破损检测”地震出版社1992”71李昕蒋瑞兴陈洪荪龚俊杰“弹性与非弹性的测量”冶金工业出版社1999”⋯吴惠敏编著“结构混凝土现场检测技术”湖南大学出版社198714 第二三章既有钢筋混凝t桥梁正截面强度评定方法第三章既有钢筋混凝土桥梁正截面强度评定方法桥梁设计中，确定结构尺寸后需要依据设计规范对截面强度进行复核验算，截面强度复核验算的研究对象是尚未使用的新桥，结构几何尺寸、钢筋数量及布置取用设计值，材料强度、荷载标准按照设计规范取值。与设计【作不同，既有桥梁正截面强度评定的研究对象是已经运营使用一段时期的桥梁结构，桥梁结构在这段使用期内有可能发生一些桥梁病害，与桥梁设计中的基本计算模型产生一定的差异。所以，在评定既有桥梁的正截面强度时，首先要掌握既有结构上存在的各种病害，然后分析这些病害特征对正截面强度产生的影响，最后在考虑既有结构的特征和损伤程度的基础上，确定既有结构的正截面强度。3．1混凝土桥梁病害分析Ⅲ混凝十桥梁的病害一般包括：1)混凝士裂缝：包括垂直裂缝、斜裂缝、水平裂缝和支座附近混凝土的局部开裂。引起裂缝的主要原因包括混凝土的收缩、碱一骨料反应、外界温度变化、钢筋锈蚀等。2)混凝土的腐蚀：包括混凝土的气相腐蚀和液相腐蚀。混凝_十的气象腐蚀是指酸性气体和混凝十相互反应，生成钙盐，其可溶性和吸湿性、新生成物与受到中和作用的原始矿物质的体积比，以及盐对钢筋的侵蚀性等，对中和后的混凝土性能都有举足轻重的影响。多数情况F，混凝土的碳化作用是主要的变化过程，混凝十中和的主导作用归因丁浓缩作用，碳酸气等气体只是使该过程的速度发生变化。由于混凝七的碳化作用，钢筋周围的碱环境遭到破坏，导致钢筋失去钝化膜而发生锈蚀。混凝土的气相腐蚀对其本身的抗力影响不大，但它直接导致钢筋腐蚀，因此混凝十的抗气相腐蚀性能决定着桥梁的寿命。液相腐蚀对混凝土的破坏非常缓慢，对结构的承载能力的影响不是很大。3)钢筋的锈蚀。混凝十中的钢筋的锈蚀一般为电化学锈蚀。当氯离子侵入，混凝土环境碱性降低或受拉开裂等因素造成全部或局部地破坏了钢筋表面钝化状态时，钢筋表面不同部位出现较火的电位差，形成阳极和阴极。在一定的环境条件下，如氧和水的存在，钢筋开始锈蚀，它是影响钢筋混凝土结构寿命的重要因素。钢筋混凝土桥梁中，钢筋锈蚀和混凝土开裂是相鱼关联的，通常表现为“先锈后裂”。由于钢筋混凝十一般都是 第三章既有钢筋混凝土桥梁正截面强度评定方法带裂缝f作，各种导致钢筋锈蚀的因素通过不同宽度的裂缝以及混凝七原来存在的孔道达到钢筋表面引起不同程度和不同发展速度的锈蚀，使裂缝进一步扩人。这种顺筋裂缝的产生，从根本上改变了钢筋混凝土构件承载能力的机理，有些学者将此定义为结构安全使用期的终结、必须立即修补的时间。钢筋混凝土粱桥上部结构破损主要有混凝土开裂、剥落、钢筋锈蚀、支座转动不灵等。例如京津公路引河桥的情况，该桥位于京津公路天津市段北辰区永定新河上，主桥为34孔13．5米跨径的钢筋混凝土T形截面简支梁桥，F部结构采用钢筋混凝土双柱式钻孔桩。原引河老桥建T-1969年，1989年，由天津市市政设计院主持对引河桥进行了拓宽、改建设计。近年来，由于公路交通的发展和超限运营荷载的增加，已使原桥上部结构部分不堪重负，出现了纵向T梁接缝普遍开裂，简易支座多处受压破碎等现象。像京津公路引河桥这样结构损伤情况较严重的老桥，在既有桥梁中并不少见。3．2混凝土受压全过程曲线混凝士是一种由水泥浆和骨料组成的多相材料，其内部结构非常复杂。混凝土的应力一应变关系是钢筋混凝土构件强度计算、超静定钢筋混凝士结构内力分析、结构延性计算和钢筋混凝土有限元分析的重要基础。混凝士的破坏包括两种类型，即受拉型和受压型。前者以主裂缝形成，混凝土在裂缝的法向丧失强度作为破坏准则；后者以混凝土中发生许多小裂缝，几乎在所有方向都丧失强度作为破坏的准则。混凝土内裂缝的产生有一个逐渐演变的过程，在加载前，由于水泥浆硬化干缩、水分蒸发留r缝隙等原因，在较大骨料颗粒与砂浆接触面处形成粘结裂缝，水泥浆内部也可能出现少量砂浆裂缝。加载不太大时(如单轴压应力不超过极限抗压应力的30～40％时)，混凝土内部的原始裂缝部分开始延伸或扩展，但裂缝长度很短。这一阶段的应力应变关系基本上接近弹性关系，此时，如荷载保持不变则不会产生新的裂缝，卸载时，少量裂缝可以闭合。若荷载继续增加，但不超过某一临界应力(单轴压应力不超过极限抗压应力的70-90％时)，已有裂缝进一步延伸或扩展，有的伸入砂浆内部，有些短的裂缝会彼此相接而形成长裂缝，并有新裂缝产生。这一阶段应力应变关系晕明显的非线性关系。当加载超过临界应力后，裂缝逐渐连接贯通，砂浆体内的裂缝急剧增加，在这一阶段，即使荷载保持不变，裂缝也会自行继续延伸或扩展，导致结构破坏。因此，任何艮16 ————————————苎三垦点壹塑堑塑塑±堡墨至堕堕塑壁堡塞塑堕期荷载都不成超过临界应力值。混凝十的应力大小和性质是决定其性能表现(线性或非线性)的主要阕素。当应力较低时，混凝士可作为线弹性材料；当应力较高或在持续荷载作用F，麻当考虑其1}线混凝土的轴向受压应力应变全曲线包括上升段和F降段，埘无颦纲坐标孝=三，77：三表示，印为对应于应力峰值点o-o的应变。得到的曲线如图3-1所示。为了准确拟合混凝土的受压应力～应变全曲线，研究人员提出了多种数学函数形式的曲线方程‘2㈣。其中戍用较广泛的有：1．我国混凝十规范规定的表达式该曲线由上升段和水平段绢成。最早由德国学者Rusch提出。后为欧洲混凝七协会和国际预应力协会所采用。上升段：。≤s≤s。，a=仃。[zc寺，一c寺，2]水平段：￡o<占≤F_，仃=口。式中，岛=O．002，￡。=O．0035。2．Hongnestad表达式美国学者Hongrmstad建议的曲线由上升段和F降段组成。美国ACI规范采用该式。上升段：o≤￡≤s。，仃=盯。I2(三)一(三)2IL占o￡oj懒㈡⋯⋯砜1-0．15(5-s0，]式中，s。=2(-等p-)，g。：0．003，Ec为原点切线模量。“”3．梅村魁表达式由日本学者梅村魁提出，在日本应用较广。cr==6．75cr。[P一。812(寺)——e一1218(寺’] 第三章既有钢筋混凝士桥梁正截面强度评定方法4．Saenz等公式有限元分析中应用较，“的是由Saenz提出的公式。．．——EcEⅢ和c甜毒，2式中，E。为原点切线模量，Eo麻力峰值点的割线模量，Eo=O-o／80。5．清华大学公式上升段：0-<￡--h。。卜．面来讨论第二类T梁的正截面强度计算方法。公式(3-11)、(3-13)中的巩和gh)均为分段函数，令y。!与争，如2y昙2地，将其表达式整理后如下旯2≤x≤五l0≤x≤厶0≤x≤ll≤x≤力(3-20)(3-21)三世]上_L钆如荆荆，¨M、，gg一《～∽g 第三章既有钢筋混凝土桥梁正截面强度评定方法Xb1，图3．5峰值应力出现在梁肋中先假设应力峰值出现在腹板内，有∥：x0一_1)>^l，即如>j；混凝十合压力为t=击正x[如胁胁如胁蛐+岛轴x爿=÷厶Ⅳ【6l妒1+62仍】(3．22)^其中，吼=BI—B34-Cl—C3：仍=爿l+B3+cj+q；B，=去111陋：一(z口-1)旯：+aI：一2口一12矾一2a+1q2丽们妒翦i广。将只和只代入方程(3．9)，该方程中只有一个未知数Z但由于方程中含几项不同类型的算式，因此无法得到显式解，可由计算机迭代试算得到，X的取值范围是(0，ho)。求得X后，检查是否满足条件如>l：(1)若满足条件，则X即为所求，将X代入式(3-22)得到R，其作用点为： 蔓三皇塾复塑堑堡鳖圭堕銎垂萱耍望鏖笪塞互鲨：(1一上一竺!!!±竺!!11x名Iplbl+妒2b2’其中，妒l=A2一A5+B2一B5+C2一C5妒2=A5+B5+C5+D2妒035一蠡+三(如_1)驴等h睇_(2口·)A2+a1=竽马r2a2—4a+12晓如一2a+12a2—4口+1，1L52i兀i亍arctgq4a1—q{4a=一1。—(2iail)aC3。口‘一～一。将R、只、玎f代入式(3-10)，得到截面提供的抵抗弯矩。(3-23)(2)若不满足条件，则说明峰值应力出现在翼缘板内，即如≤1，混凝士台压力为E=去正x[如rg·cx，出+a-￡g-cx，出+。-rgzcz，出]=÷厶Ⅳ【6lP3+62妒4】(3．24，^1其中，妒3=AI—A4+Bl+Cl+D1爿。=詈镌+3-32a2j．+a-422：。。耥一上x堡竺：晕兰生竺。^62f1291(x)出+6l￡gl(x)出+1"1rgz(x)出譬然筹 第三章既有钢筋混凝土桥梁正截面强度评定方法：(1～_1型咝Ⅸ(3-25)。^口03bl+(,04b2’其中，妒3=A2一A6+B2+C2+D2；(P42爿6；舻詈雹卜3-。2a。+孚雹。同样，将R、只、r／。代入式(3-10)，得到截面提供的抵抗弯矩。3．3．3算例选择某T形截面梁，进行两组对比计算：1)混凝士采用40号，钢筋II级钢，翼缘板计算宽度6l=1．5m，梁肋宽度62=0．25m，翼缘板高度^1=O．12m，截面有效高度^o=1．20m，主拉钢筋面积分别设为o．017、o．013、0010rrt2。2)混凝士采用30号，钢筋II级钢，翼缘板计算宽度6l=1．92m，粱肋宽度62=o．30m，翼缘板高度^l_o．16m，截面有效商度ho=1．77m，主拉钢筋面积分别设为o021、o．017、0013m2。计算结果见表3-3。分析表中结果数据，可得出以下结论：I)主拉钢筋配筋率增加时，T形截面混凝土受压区逐渐向梁肋扩展，使得截面强度计算方法由按第一类T梁考虑过渡到按第二类T梁考虑。2)截面若为第一类T梁(即受压区局限在翼缘板内)，按本文算法得到的截面抗力结果与按《公路桥涵设计规范》计算得到的结果是一致的；截面若为第二类T梁(即受压区延伸到梁肋中)，按本文算法得到的截面抗力结果大丁．按照《公路桥涵设计规范》计算得到的结果，这是由于本文算法考虑了T形截面和矩形截面的等效应力图特征参数不同，并且按照混凝土应力峰值的具体位置(在梁肋中或是在翼缘板内)计算截面抗力。3．3．4正截面强度计算公式适用条件上述计算公式系根据适筋梁的基本条件(在破坏阶段钢筋达到屈服强度，混凝士达到极限压应变s。。)得到的。实际桥梁结构中，可能存在适筋梁、超筋梁和少筋梁三类 第三章既有钢筋混凝士桥粱正截面强度评定方法受弯构件(梁)。超筋梁中受拉钢筋的配筋率u很大，或∥并不很大但采用高强度的硬钢钢筋；超筋梁在破坏阶段，混凝土受压边缘应变先达剑占。。而破坏，而钢筋仍处于弹性阶段尚未屈服，蛏直裂缝开展不宽，延伸不高，梁的转角不大，并且挠度很小，其破坏是突然的．事先无警告的脆性破坏。少筋梁中受拉钢筋的配筋率“很小，其承载能力极著，一旦出现裂缝，粱就立即破坏。本文采用混凝土受压高度界限系数缸：ftJ最,J、配筋率∥。。来确定正截面强度计算公式的适_【}j条件。这两个系数按式(3-26)、(3-27)计算：(3-26)(3—27)式中：oc．。。为混凝土极限压应变，本文取值0．0035；Rg为钢筋的屈服强度，本文取钢筋的标准强度；乓为钢筋的弹性模量，本文按《公路桥涵设计规范》(JTJ023—85)‘51中的规定取值；R，为混凝土抗拉强度，本文取混凝土的标准抗拉强度。记Ⅳ为梁破坏时混凝土受压区高度，％为截面有效高度，∥为受拉钢筋的配筋率。评定梁的正截面承载能力时，按F面的方法考虑正截面强度计算公式的适用条件：●若∥≤∥mm，为少筋梁，结构呈脆性破坏，判断其承载能力不足；·若同时满足x蔓考J窖ho、∥>pmm，为适筋梁，结构破坏属于塑性破坏，按上述上E截面强度计算方法确定截面真实强度；·若x>g。_i20，为超筋梁，结构呈脆性破坏，判断其承载能力不足。3．4既有结构考虑结构损伤对正截面强度的影响F面分项说明影响既有钢筋混凝土桥梁正截面强度的各种因素，以及本文如何考虑这些影响的具体方法：●混凝土实际强度。一般来说，混凝士在浇筑28天之后，随着时间推移，其强度将有长期而缓慢的增加，通常要高于其设计强度，但由于其他因素(如施上质量、不利一生％q一＆藿％哮玉“∞一％c；一=培m亭∥ 第三章既有钢筋混凝士桥粱正截面强度评定方法环境的影响)，也可能造成混凝土强度的降低。进行正截面强度评定时，应以实测的混凝土强度为依据。若现场测试很难进行，也可以依据评估对象的施工资料、设计资料，按照本文2．1．1节介绍的混凝土强度推定方法，计算混凝士的当前强度。若需要对一个区域或某条线路上的所有桥梁进行评定，可以先挑选几座代表桥梁，然后再根据每座桥梁的外观检测信息，确定其混凝土强度折减系数。●梁的实际截面尺寸。在进行结构强度评定时，应以实测的截面尺寸为依据，以消除施工冈素引起的偏差。·钢筋的锈蚀。受力钢筋锈蚀后有效面积减小了，必然降低截面强度。可通过现场调奇了解钢筋的锈蚀程度，按照钢筋锈蚀后的有效面积计算截面强度。本文提出的考虑结构损伤的正截面强度评定方法为：R⋯，=K．IRd(3-28)其中：R⋯d是正截面强度的评定值。R“是按照本文3．3节方法得到的正截面强度的计算值，其中，钢筋面积取钢筋锈蚀后的有效面积。％，是考虑混凝十风化、剥落、开裂等质量退化对其强度的折减。“公路养护技术规范”(TJT073．85)的评定标准分为一～四类‘“，可参考评定结果，对应一～三类桥梁，膨的取值分别为10、0．9、0．8，对丁第四类桥梁，已属于危桥，应进行改建。参考文献：”‘屈文俊车惠民“既有铁路混凝土桥梁的病害分析”桥梁建设19954“’江见鲸冯乃谦“混凝土力学”中国铁道出版社1991”1来启根单炳梓金芷生朱万福“钢筋混凝土力学”南京工学院出版社1986”1过镇海“钢筋混凝土原理”清华大学出版社199991中华人民共和国交通部部标准“公路钢筋混凝土及预应力混凝士桥涵设计规范(JTJ023．85)”人民交通出版社1989”1袁国干主编“配筋混凝t结构设计原理”同济大学出版社1990”1英BP．休斯著俞同华印第安李止良译“钢筋混凝土设计的极限状态理论”同济大学出版社1992”1中华人民共和国交通部部标准“公路养护技术规范(JTJ073-85)”人民交通出版社1986”1杨文渊徐合编“桥梁维修与加固”人民交通出版社1989 第二章既有钢筋混凝t桥梁正截面强度评定方法表3-3计算结果比较主拉钢混凝土受截面抵抗序号筋面积压区高度弯矩说明(肌2)(m)(106N·m)Ao658770270箱二类1梁，峰值心力在粱肋中Bo017o272465019第二类T粱，峰值廊力在粱肋中第Co．405262569第一类’1梁Ao216650131第～类_r梁，峰值应山在翼缘板中——Bo．0130127947364第二类T梁，峰值应力在翼缘板中C016875015l第二类T粱组A0114939115第一类丁梁Booloo097739390第一类T梁C0098639162第一类T梁Ao6555126910第二二类T粱，峰值心力魂：粱肋中B0021O3178119700第二类T梁，峰值应力在粱肋中第Co49601l6288第二类T粱A0221897627第一类T粱，峰值盥山在翼缘板中一——B00170170592428第二类T梁，峰值应力在翼缘板中Co237097204第二类T粱组A0134569863第‘类T梁Bo0130119470118第一类T粱C0．121469739第一类T粱注：A为本文算法，混凝土受压全过程曲线采用文献14】建议的方程。B为本文算法，混凝土受压全过程曲线采用HRusch方程。C为我国《公路桥涵设计规范》(JTJ023．85)纠中的算法。 第心章既有铡筋混凝土桥梁制截面强度评定方法第四章既有钢筋混凝土桥梁斜截面强度评定方法钢筋混凝土桥梁斜截面强度评定中主要是考查斜截面抗剪强度。本章主要内容是：1首先介绍简支梁、连续梁、牛腿和深梁的斜截面抗剪强度基本计算公式。2．然后讨论影响钢筋混凝士桥梁受弯构件斜截面抗剪强度的主要因素，包括两个方面：其一是基本公式中没有考虑的因素(如尺寸效应、荷载形式、T形梁抗剪强度等)；其二是既有结构的损伤裂缝(包括竖向裂缝和斜裂缝)对于抗剪强度计算的影响。3．最后提出既有钢筋混凝土桥梁斜截面强度评定方法，该方法考虑了既有结构的受力特点和损伤特征。4．1简支梁斜截面抗剪强度基本计算公式钢筋混凝土受弯构件发生剪压破坏时，结构的总抗力QR由剪压区的混凝土抗力9、斜裂缝范围内的箍筋抗力幺和弯起钢筋抗力的分力Q。组成，见圈4-1。计算公式如下：Q月=Q^+Qt+Q。(4．1)图4-1斜截面抗剪强度计算图式Qh·混凝土抗力Q^：与梁的尺寸b、h(hD)、混凝士标号的平方根√瓦、纵向钢筋配筋率p％以及剪跨比M／Qho等有关，根据无腹筋钢筋混凝士梁的试验统计资料，抗力计算公式为：n●I}—叫—『_【1甘』f一^／W一一弧、Q『_．．一ll■T一Ⅳ_I七一J／QkQ』I气 第四章既有钢筋混凝土桥梁斜截面强度评定方法Q^：0．0084幽届矗。m(4—2)式中：Q为混凝士的抗剪能力，单位kN：m为剪跨比，m2M／Qho；Q为斜截面顶端正截面的剪力，单位kN；M为斜截面顶端正截面的弯矩，单位kN·m；P为纵向钢筋配筋系数，P2100u，u=Ag／(bho)；R为混凝七标号，单位MPa；6、ho为粱截面宽度、有效高度，单位cm。·箍筋抗力(h：斜裂缝出现后，构件的抗力进行重分配，剪压破坏时，箍筋一般可达到屈服强度，仅靠近斜裂缝顶端的箍筋应力小于屈服强度，为此须考虑不均匀系数O．8，则交遇斜裂缝的箍筋总抗力为O^=o．0608一c---A^R时(4．3)J^。式中：Ok为箍筋抗力，单位kN；月^为一排箍筋的截面面积，At=n啦，"为肢数，m为一肢箍筋的截面面积，单位crn2；Rgk为箍筋设计强度，单位MPa；轧为箍筋间距，单位cm；c为斜截面水平投影长度(参见图4-1)，自纵向受拉钢筋与斜裂缝的起始交遇点至斜裂缝顶端距离的水平投影长度，其火小与有效高度ho和剪跨比M／Qho有关，文献⋯中的斜裂缝水平投影长度公式为：c—o石篑驴％砌。㈨。，实际评定中，可现场测量斜裂缝的水平投影长度。·弯起钢筋抗力Q。：在减压破坏时，与斜裂缝交遇的弯起钢筋基本上都能达到抗拉设计强度(屈服强度Rg)，但近斜截面顶端的钢筋应力可能较小，须考虑应力不均匀系数，则弯起钢筋的抗力为：Q。=o．0608R∥∑A。sin口(4—5) 第四章既有钢筋混凝土桥梁斜截面强度评定方法式中：Q。为弯起钢筋抗力，单位kN：如为弯起钢筋抗拉设计强度，单位MPa；A。为在～个弯起钢筋平面内，弯起钢筋的总截面积，单位cm2：口为弯起钢筋与构件纵轴线的夹角。将式(4—2)(4-3)(4-5)代入式(4～1)，得到斜截面抗剪强度基本计算公式：g=o008瞿型届¨O．060SLA,R。,+0．060se．Z&sin“(4-6)i"nJ。式(4．6)中各物理量的单位与前述同。●基本公式的适用范围1．斜截面抗剪强度上限值：为防止斜压破坏，须限制梁的最小截面，则：O⋯=o．06444Rbho(4．7)2斜截面抗剪强度下限值：为防止斜拉破坏，须控制混凝土拉应力在某以最小限制之下，则：Q一=0．177(2+p)x／Rbho(4．8)3．斜截面强度计算公式仅适用于等高度简支梁。上述基本公式与我国《公路桥涵设计规范》(JTJ023．85)141是一致的。4．2连续梁的抗剪强度连续梁的特点是梁上作用正负两个方向的弯矩，并有反弯点存在。试验表明在破坏截面广义剪跨比相同的条件卜．，随反向弯矩M一和止向弯矩M+(破坏截面的弯矩)比值的增人，梁的抗剪强度降低，当正向弯矩和负向弯矩相等时强度最低。根据斜裂缝的位置和应力分布情况，无腹筋连续梁的传力模犁可以比拟成一个连续拱，如图4-2。当剪跨比很小时发生斜压破坏，其破坏形态与简支梁一样，是荷载和支座问的斜向混凝土短柱被压毁。此时，粱的抗剪强度可和简支梁一图4-2连续粱的传力模型 第四章既有钢筋混凝士桥梁斜截面强度评定方法样计算，剪力跨取支座到荷载点的距离。当广义剪跨比聊≥3时发生斜拉破坏，此时破坏特征与以反弯点为支摩的简支粱相似，可直接利用简支梁的抗剪强度公式。对小剪跨比的斜压破坏和大剪跨比的斜拉破坏都可采用简支粱的强度公式，而处r中剪跨比的剪压破坏也可近似采用简支梁的公式，抗剪强度的降低可用折算剪跨比埘’来实现。·当笔；=1时的折算剪跨比肌’为：嘉鲰sc斜压㈣，∥2等ca舢，os<篝n删压㈣删一os+os嘉箦揖叭斜拉破聊，m’2嘉(4．9．b)(4．9c)·当篙÷≠l时的折算剪跨比可按它在等÷=。和1之间的比值用线性插入的办法得到。若M一>M+，计算中采用如一F方法处理：将梁沿梁轴线旋转180度，并将反向弯矩M一和正向弯矩M+的值互换，代入上面的公式即可。：7，，’hij历∥7，／，，、、ti|／l／√，一，{，，，‘’口，宙_?图4-3连续梁传力模型连续梁配箍筋后的传力模型可比拟成桁架(图4-3)。等效桁架的腹杆是由起拉杆作用的箍筋和走向平行于斜裂缝、通常是与梁轴成45。角的起压杆作用的混凝土组成的。其特点是受压腹杆I的刚度很大，传递了大部分的剪力。部分剪力通过斜裂缝问的斜压腹35 第四章既有钢筋混凝土桥梁斜截面强度评定方法杆II、llI经过箍筋传到I杆上，在支座附近又有一部分剪力经箍筋传到受压腹杆II7、III7上再传到支座上。箍筋所能传递的剪力增量取值和简支梁相同。在连续梁斜截面强度计算中，仍然采用简支梁的计算公式，只是将折算的剪跨比代入公式中即可。此时，剪力的F限值须满足F列条件：TIlkRgk<。．。83Q2=(0．056+1．55／zk尺R。g*眠R。(4-10．a)T／2kRg★>。．。83Q==(。．12+。．78,ukRR。92龇R。(4-10．b)式中：肌为配箍率，肌：鲁。4．3牛腿和深梁的抗剪强度跨高比很小的梁称为深梁，均布荷载作用下跨高比L／ho<3的梁或集中荷载F剪跨比mcl的梁均属丁深梁。牛腿在荷载作用r卜，可当作悬臂深梁来分析。·牛腿的强度：牛腿受力时的主要裂缝有两条：嵌固端出现并略倾向柱内的垂直裂缝和垫板内出现并指向嵌固端受压区的斜裂缝。传力模型可比拟成二角形桁架。见图4．4。图4．4牛腿的裂缝和传力模型V图4-5简支深粱传力模型牛腿的破坏形态主要有两种，即纵筋屈服和混凝土斜压杆破坏。配置一定数量的水平箍筋可以提高牛腿的强度。水平箍筋的作用是直接承担销拴剪力，限制斜裂缝宽度保证骨料咬合作用的发挥。此时，牛腿的抗剪强度公式为Q，：Khb而ono+Kgb％Co+0一m)ph)(Ⅲ<，)(4—11) 第四章既有钢筋混凝士桥梁斜截面强度评定方法式中：经验系数足^=o．02-0．0095-fm；Kg=2．2(1一优)≥1．4水平箍筋配箍率p^：—IOiO_A—h，以为水平箍静的总面积。D疗．·深梁的抗剪性能：简支深梁在集中荷载作用下的传力模型是一个拉杆拱，见图4-5。其受力特性和破坏形态和牛腿相似，抗剪强度可真接采_【{j式(4．11)计算。在均布荷载作用F，跨中也会出现斜裂缝，但斜裂缝顶端离跨中很近，人部分荷载是通过斜裂缝上方的混凝七直接传递到支座，结构的承载能力是由剪力擐人的支座截面混凝十的破坏来确定。支座剪力用m=O代入式(4-11)计算。·剪切强度的下限值：Q：⋯=面面1．4=_4=R菇g石蚰。月。+500爿．(4．12)若未配置水平箍筋，则第二项为零。4．4影响既有桥梁斜截面抗剪强度的主要因素影响钢筋混凝土受弯构件斜截面抗剪强度的因素很多，国内外很多实验研究表明，主要的因素有剪跨比、混凝土标号、纵向受拉钢筋的配筋率、配箍率(包括箍筋强度)、截面形状、尺寸效应以及荷载性质等。上述抗剪强度计算基本公式中对于剪跨比、混凝』．标号、纵向受拉钢筋的配筋、配箍率等影响因素已做了考虑，下面441、4．4．2和4．4．3竹介绍了本文对后面三项因素(即尺寸效应、荷载性质以及截面形状)的处理方法。既有结构在运营多年之后，结构存在不同程度的损伤，在进行斜截面强度的评定中必须考虑既有结构的特征和损伤程度。本文3．1节中介绍了既有桥梁结构的损伤程度和特征对截面lE截面强度的影响，包括混凝土开裂、混凝土质量退化及钢筋的锈蚀，这些因素同样对斜截面抗剪强度计算产生影响，相应的处理措施与正截面强度计算相同，参见本文34节。其他影响斜截面抗剪强度的结构损伤及本文的处理方法将在4．4．4节和4．4．5节分别介绍。4．4．1尺寸效应人多数剪切试验都是用相对较小的粱进行的，这类实验室试验的结果不能直接用于实桥上。试验表明：无腹筋梁抗剪强度随有效高度的增加而降低，这是由于梁高较大时撕裂裂缝比较明显，销拴作用大大降低，斜裂缝宽度较大，削弱了骨料咬合作用。而在37 第四章既有钢筋混凝土桥梁斜截面强度评定方法句腹舳梁甲，返午中尺寸，艘肚虢小冉哭出，凼箍，肋便大尺寸柒嗣斜裂缝小毁辽宽，臂料叹合作用和纵筋销拴作用能较好发挥，但箍筋量很少时则不足以消除这种尺寸效应的影响。若P吃kR___As>oⅢ，不考虑截面尺寸效应悄为配箍率悄=去心是纵筋抗拉强度，R。是混凝士的抗压强度。若警<∽㈦当作无腹筋粱分析，B一等人提出了对于无腹筋梁的尺寸效应降低系数的计算公式f3】：‰2面寿面㈨⋯式中：d为粱高．以为骨料最赶盲释。4．4．2荷载形式的影响葡载形式对钢筋混凝士梁的抗剪强度也很有影响。在重复荷载作用F，钢筋混凝士梁的疲劳抗剪强度低于静力的抗剪强度。T．Schang对39根无腹筋梁钢筋混凝七粱试验，经过200万次反复荷载试验，发现有50％的梁的极限抗剪强度比相应的静力强度降低了37～50％。我国建研院等单位根据国内外所进行的部分预应力混凝土梁的试验结果，提出了如下的疲劳折减系数【3】：K，。=0．9—0．074lgN(4．14)式中：K№为疲劳修正系数，N为疲劳荷载作用次数，可近似按设计年限考虑。N=(H1／n2)×2×106，nl为桥梁已使用的年限，／"／2为桥梁的设计年限。Aas．Jacobsen认为实际计算时疲劳折减系数可按下式进行修正【3I：砾一等㈤㈣式中：K‰为修正后的疲劳折减系数；口d为恒载作用F的剪力和总剪力之比。4．4．3T形梁的抗剪强度在荷载作用下，T形梁的受力性能与矩形梁不同。A．Placas[11曾试验一组有腹筋钢筋38 第心章既有钢筋混凝十桥梁斜截面强度评定方法混凝：tT形梁(包括一根矩形梁)，梁肋宽度不变，b=15cm，仅翼缘尺寸变化，宽度白15cm变至107cm，除一根矩形梁配有受压钢筋，其余构造(纵筋配筋率p％、配箍率‰梁高h等)均相同。实验结果表明：翼缘宽度bi>30cm的各梁极限抗剪强度均较矩形粱大20％。这一试验说明了T形梁的翼缘板也可以承担一部分剪力。但较多国家的规范中对翼缘板的抗剪能力并不作利用，而是作为安全储备。我国《公路桥涵设计规范》(JTJ023．85)【41中也是不计翼缘板的抗剪能力。FLeonhan“1㈣也曾试验过两组有腹筋的T形梁，一组崩集中荷载加载，另一组采}{j均布荷载加载，与上面APlacas试验不同的是，翼缘宽度保持常量不变，而改变腹板厚度，从5cm变至30cm，其余结构参数均相同。实验结果：无论是用均布荷载还是用集中荷载加载的粱，其极限抗剪能力均随梁腹的增厚而加人，这是由于薄腹梁容易在腹板部分受主拉廊力的作用而破坏。在集中荷载试验中，抗剪强度最人可增加140％，在均布荷载试验梁中，最大可增加到160％(相对最小厚度腹板提供的抗剪强度而言)。实际工程中，薄腹T形梁比较常见，翼缘提供的那部分抗剪能力提高了整个截面的抗剪能力，可以参考F式来考虑T形梁的截面形状增大系数【3l：‰=≮等㈤㈣式中：岛，为截面形状增大系数，h’，为翼缘板厚度，hD为粱的有效高度，b为腹板J宁度。4．4．4腹板损伤裂缝对梁抗剪强度的影响钢筋混凝土桥梁中，常见的T、I、槽形断面上腹板存在的损伤裂缝改变了梁的传力机制和破坏形态，使梁的斜截面强度大为降低。主要包括两类损伤裂缝，即剪跨内腹板上的竖向裂缝和斜向裂缝。前者主要是由于混凝土收缩引发，徐变及重复荷载作用将增大其宽度和发展速度。后者产生的原因在于主拉应力过大、混凝土收缩、外力产生的扭转效应以及施工质量较差等。两类裂缝一般分布在1／4跨长范围内，竖向裂缝宽度一般在0．2mm左右，最大达到0．6mm，间距无～定规律；斜向裂缝宽度一般在0．2,-．0．3mm左右，最大达到O4mmI”。剪跨内腹板上的竖向裂缝和斜向裂缝。西南交通大学对于这两种裂缝对斜截面抗剪强度的影响作了大量的模型梁的试验，主要结论是：模拟损伤裂缝改变了粱的传力机制和破坏形态，使抗剪承载能力大为降低，且梁的变形性能差，抗超载能力 第四章既有钢筋混凝土桥梁斜截面强度评定方法弱，破坏具有突然性。T形梁在移动荷载作用下，当初始斜裂缝的宽度及其位置处的剪跨比都较小时，它对移动荷载作用下梁的裂缝分布、临界斜裂缝的位置、破坏形态及破坏强度的影响都较小，且初始斜裂缝不再进一步扩展；当初始斜裂缝位置处得剪跨比较大或者裂缝宽度较大，则对梁的裂缝分布和抗剪强度均有较大的影响，其表现为初始裂缝随荷载的增大而加宽，并发展成为主裂缝，从而改变了梁的破坏形态，使上翼缘混凝土的受力处于不利的状态，降低了梁的抗剪强度。车惠民教授提出的计算建议【”为：Q。=矿QpJ(4—17)式中：西为损伤折减系数，取毋20．8；Qp为损伤梁的抗剪强度，QpJ为相应的无损梁的抗剪强度。4．4．5竖向裂缝对箍筋抗剪能力的影响无腹筋梁在斜裂缝发展过程中，大部分内力是通过临界斜裂缝上方的混凝十拱体传递，还有部分内力是通过临界斜裂缝F方的混凝土拱体传递，于是形成了拉杆拱的传力模型(见图4．6)。，l卜，fl，图4-6无腹筋梁抗剪传力机制图4-7箍筋粱的传力机理小拱II承受的内力通过销拴作用和骨料咬合作用通过基本拱体1传到支座。基本拱体I的拱项部位是整个梁的薄弱环节。而拱体的其余部位，特别是靠近支座处，截面面积都比较大，尚有承载的潜力。由于纵筋的销剪作用有限，通过拱体II、IⅡ传递的内力都很小，其抗力亦未能充分发挥。梁内配置一定数量的箍筋后，箍筋能把拱体U、III传递过来的内力再“悬吊”到基本拱体I接近支座的部位上去，是它们能够更多地传递内力，从而减轻了拱体I拱项部位的负担，使这个薄弱环节的高鹿力值得到缓和，因此增 第网章既有钢筋混凝七桥粱斜截面强度评定方法加了整个梁的抗剪能力。图4-7为箍筋粱的传力过程。此外，箍筋还限制了斜裂缝的宽度，从而提高了裂缝两侧骨料的咬合作用，间接地提商了抗剪强度。箍筋和纵筋所形成的骨架对混凝士的围箍作用也有利于抗剪强度的提高。既有结构中，若腹板出现严重的竖向损伤裂缝，不仅削弱了纵筋的销剪作用，更严重破坏了箍筋的传力机制。所以，须根据既有结构的损伤程度对箍筋这一部分的抗剪能力进行折剪。取疋J作为考虑计算截面竖向裂缝的影响系数，当计算截面的竖向裂缝存在时，对箍筋提供的抗力不予考虑，即有犯，=D；当计算截面的竖向裂缝不存在时，对箍筋提供的抗力予以考虑，即有乓厂，。4．5斜截面抗剪强度评定方法根据上述对各种影响混凝土斜截面强度的因素的分析，本文采用的斜截面强度评定方法如F：●上限及下限：首先核算桥梁结构是否满足抗剪上、下限值：若满足要求，进行进～步的抗剪强度计算；反之，则可判断，结构抗剪强度不足。上限值：Q”“=0．0514Rbho(4—18)下限值：简支梁Q”=0．038R，bho(4·19)连续梁百I．tkRgt<。．。83Qo"2=(0．056+1．55／"tk代R。gt‘)‰月。(4-20．a)警，oos，Q册_(o．tz+o，sTI。kRgkm。R。(4-20．b)牛腿及深梁，1．44R。Q0“=—10R—二L6Ra(4—21)·静力抗剪强度：计算方法如下式。Q激=K“(KhlK^2K”g+K引Qk+Q。)(4-22)式中：Q。static——斜截面抗剪强度的评定值；Ksl——考虑已有损伤斜裂缝的折减系数，当损伤斜裂缝存在，取Ksl=0．8，否则取墨l=l’0：4l 第四章既有钢筋混凝土桥梁斜截面强度评定方法‰1一肘效应系数，静PR‘R----。A-g<0．015式(4-13)计算，否则取凰121．。％2——T形梁的增大系数，按式(4—16)计算，矩形梁时可取Kh2=1．0赫3一一混凝士实际强度折减系数，与止截面强度评定方法中的如1相同。％l一一计算截面竖向损伤裂缝的影响系数，当计算截面的竖向裂缝存在时，取磁1=0，否则取&121．0；绋一绋=o．0084幽廊‰，见式(4-2)；g一卵n0608毒4％’见引4。kO。一Q。=0．0608R∥∑A。sina，见式(4-4)。连续梁中，可按式(4．22)评定其斜截面强度，只需按照本文4．2节中介绍的方法，采用折算得剪跨比m’代入公式即可。牛腿和深梁中，亦可按式(4-22)评定其斜截面强度，但岛，、凸。和g取值不同：QⅢ=K^bhoR。；Q女2=K8bhoP；On=Kgbho(1一m)Ph；心、磁同式(4·11)。●疲劳抗剪强度评定方法：采用疲劳折减系数。ns脚ha”re。=K：。{2二竺(4—23)式中：Kj，，为修正后的疲劳折减系数，按式(4．15)计算。参考文献：⋯袁国干主编“配筋混凝_}=结构设计原理”同济大学出版社】990[21乇传志，腾智明“钢筋混凝土结构理论”中国建筑工业出版社1985【31钱永久，车惠明“既有钢筋混凝土桥梁斜截面强度的评定方法研究”桥梁建设1996．2lal中华人民共和国交通部部标准“公路钢筋混凝士及预应力混凝士桥涵设计规范(JTJ023．85)”人民交通出版社】98915]英B．P．休斯著俞同华印第安李正良译“钢筋混凝土设计的极限状态理论”同济入学出版社1992[61过镇海“钢筋混凝土原理”清华大学出版社1999171叶见曙主编袁国干主审“结构设计原理”人民交通出版社1999 第五章钢筋混凝土桥梁承载能力评定程序利用承载能力系数评定钢筋混凝土既有桥梁实际承载能力的方法，在本文第二章中做了详细说明，本章内容主要介绍笔者利用MATLAB平台编制的一套钢筋混凝士桥梁承载能力评定程序。5．1桥梁实际工作模型的建立确定桥梁结构的实际承载能力时，应充分利用桥梁现场荷载试验的结果。这一节主要介纠在对桥梁进行现场试验后，如何结合理论分析手段，对实桥进行诊断识别，建立桥梁结构实际上作模型，继而根据这个模型确定桥梁实际承载能力的过程，见图5-1。幽5-1评定既有桥梁承载能力流程图对设计资料比较齐全的桥梁结构，它的设计r作模型是已知的，但是根据这个设计施L、竣上后的实际桥梁结构与设计时已经不一样了，比如桥面系，在设计计算时是将它们的自重作为恒载作用在结构上，不考虑它们对桥梁抗力的贡献。对旧桥，经过多年 ——一墨至!塑堑望塑圭堕墨垦塾壁垄堡塞堡生运营，在车辆及其他荷载的作用下，桥梁的实际状况与竣工时义不一样，这样，结构的实际状态与设计计算的模型也会有差别。如何确定这个差别，就非常有必要建立～个能反映桥梁结构实际J‘作状况的理论模型。图5．2表示出确定这种差别以建立结构实际模掣的基本过程。构造措施、附属设I。荷载作用、环境影lIl—ll计算模型广I原始状态r]目前状态l厂、—-(，改设计计算模型】Il，『1『1『f静力计算ll动力计算-l静力试验_动力试验il外观调奄ilil、『旧娑I幽幽窿圳旧霎IlI}lL-_——一供修改模型时参_J、心“二／产。构实雕。作模■图5．2实际工作模型的建立 第五章钢筋混凝土桥梁承载能力评定程序为了确定设计计算模型与目前结构的实际状态之间的差别，先计算出设计计算模型征试验荷载作用F的静力反应和动力特性，把它们与实测结果相比较，找出差别并分析出现差别的原因，然后修改模型，再计算修改后的模型在试验荷载作用F静力反应和动力特性，再与实测值比较，这样重复数次，直到计算结果与实测结果比较接近为IP。设计计算模犁在这里既作为与实际状态比较的标准，又是对设计计算模型进行修改时循环计算的初值。用于比较的参肇可以是结构上某断面上的应变或内力、结构上菜一点的挠度以及结构的自振频率等。用F面一个例子来说明这一拟合修正过程。某预应力混凝十T形梁桥，主桥计算跨径为3347m，横向布置lo根T形粱。现场试验中，分别测量了两辆对称荷载、以及两辆偏心荷载作_}}jF10根主梁的跨中挠度值，测量值见表5-1。表中所列的设计计算值是未计及桥面铺装和现浇缘石与粱的共同受力，把它”J与实测值比较，各主梁跨中挠度实测值均小于设计计算值。荷载横向分布规律与计算假定的有些差别，主要表现在荷载作用下两根边梁的分配比例的变化。如偏心荷载作用F原计算曲线呈线形分布，边梁的分配系数最大，而实际侧得的曲线是#3号梁最大，#1号梁减小。分析原因主要是桥面系的共同作片3，特别是桥面系栏杆使桥梁的纵向抗弯刚度增强而横向刚度相对减弱。根据上面的比较分析，得知由于桥面系的共同作用，增加了整个上部结构的刚度，而使这个结构的挠度实测值低于理论计算值。因此，这里将要建立的并试图用来反映结构实际j一作状态的分析模型要能够反映桥面的共同作用，这是对设计计算模型进行修正的基本出发点。要是新模型能反映桥面系的共同作用，可以通过增加主梁截面面积来实现。若考虑桥面铺装14cm，并将桥面系栏杆折算成一定厚度(15cm)，此时计算得到的主梁跨中挠度值与实测值比较接近，计算值见表5-1，图5-3是计算值与实测值的比较。5．2计算模型的修正和层次评定方法确定计算模型时，首先从结构的设计、施工图纸上获取必要的信息；然后依据结构的养护、维修、管理的历史资料和有关的试验资料(现场测试、材料测试纪录等)对计算模型做出合理的修正；若在评定前，有条件进行结构承载能力测试试验时，可参考试验结果对计算模型做出进一步的修正。45 第五章钢筋混凝土桥梁承载能力评定程序表5-l主梁跨中挠度实测值＼计算值(单位：删m)两辆梁号拌1岸2拌3拌4拌5捍6拌7拌8拌9群10憾实测值．4_3．4．9-5．5—5．5．58，5．7—5．7—52．4．6．4．0设计值．10．2．10．5，10．8-110．11．2—11．10．8．10．5．10．2拟合僮．4．3．5．21-5．42．5．60．5．72．5．77．5．74．564．5．49．4．65粱号拌l捍2拌3群4撑5拌6捍7拌8拌9捍lO两辆实测值．6．O．63．6．8．62．6．O，5．2—4．5。35．3．0—2．6偏心设计值．16．7．15．5-14．4-13．1-118．10．3_8．8—72．5．6．3．9荷载拟合值一5．73．6．46缶．33缶，13—5，86．5．51—5．12．4．704．28．3．38测点0．000__世一O·005蜒一0．0lO一0．015对称荷载作用下跨中挠度lE较l2345678}赫—"卜—_p——卜；．鬃i．磅i一蔫。i—}=习F。=蕞}__P—。f—‘{=—■卜I二io=二j卜__二—F-—|．二=。1。—{+测量值铺装附属结构01M—!}铺鹫?』4q附舅舅塑?15m测点12O-OOO一0．005蓑一0OlO0015}0．020+未考虑铺装及附属结构～》卜“铺装及附属结构015m偏心荷载作用下跨中挠度比较3456789+测试值铺装及附属结构0．15m+未考虑铺装及附属结构*铺装014m，附属结构015m图5-3主梁跨中挠度实测值／计算值比较图 第五章钢筋混凝_十桥梁承载能力评定程序在实际评定j：作中，常常得不到所有相关信息，在现有结构信息基础上确定的计算模型利实际结构或多或少总存在一定的差异，冈此对桥梁实际承载能力的评定是基于一定置信度上的。本文提出依据所获结构信息的多寡，对结构承载能力做出多层次的评定方法。层次评定方法的基本流程她图s-4。图5．4层次分析基本评定过程卜面介绍本文设定的几个层次：层次1：设计、施[、养护及试验资料齐全，结构几何尺寸、备构件1．作情况明确。此时，桥梁承载能力评定结果与实际情况比较接近。层次2．a：设计、施工资料缺乏，但可获得相近年代、相同或相似跨径、同一桥型的设计和施L资料，养护及试验资料具备。此时，桥梁承载能力评定结果比层次1降低～档，取折减系数O．95。层次2．b：设计资料，养护及试验资料具备，但缺乏施T资料，若可以进行现场测量L作获得必要的信息，则桥梁承载能力评定结果无需折减；若受条件限制，不易迸行现 第五章钢筋混凝土桥梁承载能力评定程序场测量，取折减系数为095。层次3：设计、施工资料齐全，但缺乏养护及试验资料，取折减系数为o．90。层次4：设计、施工资料缺乏。但可获得相近年代、相同或相似跨径、同一桥型的设计和施工资料，缺乏养护及试验资料。若可以进行现场测量工作获得必要的信息，则桥梁承载能力评定结果取折减系数为O90；若受条件限制，不易进行现场测莓，取折减系数为0．85。5．3截面几何特性计算钢筋混凝士梁在荷载作剐下，裂缝的出现和发展对构件的刚度和挠度影响很大，因此钢筋混凝土梁带裂缝r作时的刚度是计算的关键。对于钢筋混凝士梁变形时的刚度计算有两种计算理论，一种是不考虑受拉区混凝士影响的计算理论，采用开裂截面的换算惯性矩；另一种是考虑受拉区混凝土的作用，裂缝间的混凝土参与受拉工作。《公路桥涵设计规范》(JTJ023—85)中是按照第一二种计算理论考虑截面刚度：对丁f简支梁等静定结构B=O．85E^j0l(5—1)对于超静定结构曰=0．67巴，。式中：，。。——开裂截面的换算惯性矩，。——构件换算截面的惯性矩；E。——混凝十的弹性模量。F面介绍本文计算，。。、，。的方法。(5-2)本文研究对象主要是钢筋混凝土梁(板)桥。钢筋混凝土粱桥的断面多数为T形、马蹄形或丁字形(图5。5)，钢筋混凝十板桥的断面一般为空心板。本文采用梯形分块法计算T形、马蹄形或工字形的断面特性，并在梯形分块法的基础上做了改进，用来计算空心板的断面特性。钢筋的截面积A。换算成假想的混凝土截面积Agh：4曲=以g(5—3)式中：，r一钢筋与混凝士的弹性模量比，按表5-2取值。 第五章钢筋混凝士桥梁承载能力评定程序表5-2"值混凝土标号【60～4030～25三20桥跨结构及顶帽101520结构类型其他结构810155,3．1梯形分块法复i1歹1IY，‘．1BS(5)66，7、]nag』．—____——·—__IE——一、、——J一图5-5梯形分块法计算截面特性采州梯形分块法计算竖向惯性矩、静矩、面积时，先将断面分成若干梯形小块，分隔梯形的线称为节线。整个断面的形状可以很方便地用节线处的宽度及节线的竖坐标来描述。基本断面信息为{y线数册、节线。，一—旦n1．一宽度数绍BS(NS)和节线高度数组fHS(NS)。具体计算方法是逐块算出梯形．1】口块单元对该块底边的几何特性值，并随时将前面备块的嚣移到该底边迭加上去，到单元循环结束时得到的量就是以L断面底边为轴线的值，然后求出截面形=__：随二～二j图5-6第i个梯形块b位置、对形心轴的截面惯性距和换算截面的惯性矩。图5-6为第i个梯形块，它的基本几何量可按下面的公式来计算497—3∽}{J4昏。3．．，}l4一．n0 第五章钢筋混凝士桥梁承载能力评定程序·面积：蚯=(BS。一BS¨)-d，／2·对底边的静矩：△s：(BS。+ib)霎·对底边的惯矩：Ⅳ，=(BS川+百b)·譬其中，b，=BS，一BSH；d，=HS，一HSH。对i节线的累计几何量为：·累计面积：∑，F=∑，．，F+蚯·累计静矩：∑，S=∑。S+di∑。F+AS，·累计惯矩：∑，．，=∑。J+2d，∑。s+彩∑。，+A，，循环结束，得到断面几何特性：·形一D位置：Y2=∑Ms／∑MF=S，IF,(到断面F边缘)yl=HS,vs—Y2(到断面上边缘)·对形心轴的惯矩：，一=∑。t，一f-y；=J，一f·Y；·截面模量：％=，^／M(上边缘)％=，^／y2(下边缘)求得混凝土断面几何特性后，计算受压区混凝土面积、对中和轴的惯性矩，同样采用逐块累加的方法，但随时检查节线I的高度Hs(1)是否小iFyl，若HS(I)≤Y。值，则第1小块照常迭加；若HS(1)>Y，，则只能迭加I块的一部分，这一部分的高度及底宽均按内插求得，迭加后即转向出口。记受压区混凝土面积为A^o，对中和轴的惯性矩为，^o。钢筋换算面积几何特性量：·钢筋的换算面积：‘=nA。·钢筋换算面积到形心轴的惯矩：，g=nAg(y2一ag)2 第五章钢筋混凝土桥梁承载能力评定程序最后，求得换算截面的几何特性：●换算截面的面积：Ao=A^。+删g·换算截面惯性矩：，。=』^。+nAg(y2一口P)25．3．2对空心板的处理方法(5—4)(5-5)钢筋混凝十板桥中空心板的常见形式见圆5．7。挖空部分为多边形时(图5．7．a)，可直接按照上述梯形分块法计算截面儿何特性，若挖空部分为圆孔或圆孔+矩形时(图5．7b，图5，7．c)，不易直接按梯形分块法计算，本文对梯形分块法作了如下改进：a)：h2b)图5．7空心板常见形式c)1)将空心部分填补上，用梯形分块法计算各小块到断面下边缘的几何特性量的累加值，记面积为爿t，静矩为S，惯矩为n形心轴剑断面F边缘的距离为Yl；2)计算空心部分几何特性量，记面积为A2．到断面下边缘的静矩为岛，形心轴惯性矩为厶，形心轴到断面下边缘的距离为h2：3)从累加值中扣除空心部分的值，即可得到断面的几何特性值，S=S．＆，E=爿1-Az，形心轴到断面下边缘的距离为Y：=S，／f，惯性矩为：10=11一Al·Y；一12一A2·d2，d=yJ-h2(5·6)记空心部分圆半径为，，矩形块长度为f，空心面积质心距离截面下边缘的距离为h2，空心面积的数目为n“埘，几何特性计算如下：·空心面积：A2=(∥2+2r1)·hum；(5—7)51 第五章钢筋混凝士桥梁承载能力评定程序·到截面下边缘的静矩：S2=A2·h2(5-8)·空心面积撇慌扣睦肌《一》r4+；∥2毫+扣删朋㈣。，5．3．3抗扭惯矩的计算计算断面抗扭惯矩时，T形、2-字形、仃形等截面都可以看成是由若干个矩形组成的组合截面，其抗扭惯矩等于被分割的各个矩形截面的抗扭惯矩之和。各矩形小块的抗扭惯矩按下式计算：式中：6——矩形宽度1，=abt3f_一矩形高度：口——抗扭系数，d=[1-0．63t-3b+o，。520b)5】。、／J则断面抗扭惯矩为划分矩形小块时，选择适当的划分方法，使得计算得到的打最大。(5．10)(5．11)箱彤薄譬闭El断面中，抵抗扭矩主要由壁中线上的剪力流所提供，单箱薄壁断面的抗扭惯矩山，按F式计算：I，d=2F妒=Q妒(5-12)式中：，为箱壁中线所包围的面积，Q=2F，妒=2r／q孚，f亨是沿箱壁周长的积分，，是孽厚度。"个箱组成的多箱薄壁断面中，各箱的仍通过解F列联立方程得出：∑，纪等+z‘=。一怎⋯‘，”㈦·，，式中：吼是与第，号箱有关的各薄壁中的扭转函数，血，、f，是与第，号箱有关的各薄碴长度及壁厚。式为由两个分离的单箱或多箱闭口断面和开口断面组合的断面，其抗扭惯性矩山计算公f6晓。∑Ⅲ=， 第五章钢筋混凝t桥梁承载能力评定程序厶=2ZFifo,+；∑"?(5-14)式中第1一部分表示各箱形闭口断面的总和，第二部分是箱外各块板形成的抗扭惯矩，按升口断面公式计算。5．4桥梁承载能力评定程序本文程序在建立计算模型时，应用“荷载横向分布”这一概念，把空间计算问题简化为平面问题来处理。梁桥的空间受力作用的内力影响面目(X，力近似地分解为荷载横向分布影响线为目。(D和主梁的内力影响线为．17，(曲。桥梁在使用一段时间后，各片主梁的变化情况不一样，对每片梁的不同失效模式分别予以考虑，计算相应的承载能力系数，取其中的最小值作为整座桥的承载能力系数。图5．8结构总体坐标系和车辆子坐标系本文程序中结构总体坐标系的原点取在O点，横向分布计算在zoy平面内，主梁内力计算在ZOX平面内，见图5-8。5．4．1粱桥横向分布计算本文程序采用梁系法计算荷载横向分布影响线。粱系法是把桥跨结构在纵向沿主梁连接接处切开，分割成一片片主梁，切口处以赘余力取代，把整个结构看成作为用这些赘余力连续起来的超静定结构，然后用力法求解。主粱之间连接方式可分为刚接与铰接两种。相邻两片主梁的结合处不可以承受弯矩的桥跨结构，其主梁之间连接方式即为铰接。下面三种情况可看作刚接板、梁系：l、相邻两片主梁的结合处可以承受弯矩的桥跨结构；够寸 第五章钢筋混凝土桥梁承载能力评定程序2)虽然桥面系没有经过构造处理，但设有多片内横梁的桥跨结构；3)桥面浇筑成一块整体板的桥跨结构。下面说明梁系法计算荷载横向分布影响线的过程，该方法适合等截面简支梁桥。若桥梁横截面有m片主梁，共有m．1个节点．允许各片主梁的横截面几何尺寸不同。考虑每个节点的变形协调条件，可以得到力法的正则方程：[A】{X}={B)(5．15)式中：口】为柔度矩阵，辟}为赘余力列阵，{目为载变位列阵。每个节点i上有两个赘余力：弯矩且4和竖向剪力9，则赘余力列阵为：{x}=【M1Ql⋯⋯M，Q，⋯⋯M。一．Q。一。】7=IxIx2‘···’‘X2f-1x2，‘‘···‘X2(m-I)-Ix2(m11】7(5．16)载变位列阵{研按荷载布设情况求得，荷载作用位置分别取在每片主梁的左端、中线和右端。●荷载作用在1号梁左端时：B1=一蛾粤；B：=w。一识(鲁)2；其余载变位为。。(5-17)●荷载作f}j在k号梁中线时：B2☆=”^：B2H=一w^；其余载变位为0，k=2，3，⋯，m—I(5．18)·荷载作用在k号梁右端时：‰一九冬；‰=一Ⅵ埔(争2％，=以等讹捣。=心堋争2+五其余载变位为0．k=-2，3，⋯，m．1b1时，无B2¨及B2¨项，k=-m时，无B2¨及B2女项柔度矩阵由各节点的柔度系数组成(5．】9) 第五章铡筋混凝±桥梁承载能力评定程序[彳】_死占2．1占l2占22万lm一1J2¨万剃，j万川2⋯吒。。柔度系数为：c正，，，=[之篡：13a吒2i-曲1．2—1-：2]陋。也嵩戮1『占1一a2,-i,2,+i‰a+2]1u‘件11一ld“2，+ld212。+2J其余柔度系数为0；芦2，3，⋯，m．2。当扛I时，无【矿“]项，当i3m一1时，无【占m-l,m】项。式(5-21)中各柔度系数如F：122t-l,2。-3：一≯，；a21--1,21--2：痧ibt；a2l_l,21_l：妒，+≯J+l+臼，+臼Ⅲ(5-20)(5．21)‰。一庐，鲁嘞：。⋯，堋≯‰。=谚鲁哦。等M一“‰，=Ⅵ+w』+¨％M(争2堍，(争2。p一／X2i。3biEIiGITi一卜一∥．图5-9横向分布计算55中+k，¨m一叭Er，，／／J，，／ 第五章钢筋混凝土桥梁承载能力评定程序6r一第i片主梁桥面板宽度：Ⅵ，厂—，2】作用在j粱上时，梁的位移，Ⅵ=i百14：妒r一爿作用在，梁埘梁的钒打去；厂，一P=1舰引张妣桥面醐挠度，，=参：目，--M=l作用刳节触桥面板的转角，只=老；“，一艄作用在z节触桥面板的溉驴盖；4——相邻两片主梁梁肋净距之’Ii：如——单位板宽的抗弯惯矩，吒=去w，衄桥面板厚度，如板厚从梁肋至悬臂端按直线变化时，可取靠梁肋1／3盔处厚度：』，——主粱抗弯惯矩，按式5-1、5-2取值；1Tt——主梁抗扭惯矩，按式5-11取值。确定了揉度矩阵中的各项系数、载变位列阵后，按式5—15可解出节点的赘余力恤)，丁是第f片主粱所承受的荷载信17，。桉下式f5．22"1计篦：77。：{1一。2—2一。2，当々=f时(f：2，3，⋯，埘一1)【。2t一2一。2，当辟泔肖H吼辄：』1_％当肛1时l—x2当辟l时当f=州日寸，叩扩』1+屯肛艄扣川时【。2m一2当缸≠m时(5-22)荷载横向作用的位置有2m+1个，则可以求得各片主梁分配到的荷载值(2m+1个)，加密插值计算后，即可得到各片主梁的荷载横向分布影响线。车辆荷载作用下，按车辆横向布置的情况进行横向分布影响线加载。 第五章钢筋混凝土桥梁承载能力评定程序变截面简支梁桥或连续梁桥体系可近似采用等截面简支梁桥的荷载横向分布方法。其基本出发点是：把这些结构体系的某一桥跨按等刚度原则变换为跨度相同的具有等截面的简支梁。所谓等刚度是指在跨中施加一个集中力或一个集中扭矩，则它们的跨中挠度或扭转角应分别彼此相等。这个方法便于实州，并已被模型试验的结果证实。变截面简支梁桥或连续梁桥和等截面等代简支梁挢之间的刚度换算芙系，在文献[1】中有详细推导，这里直接引用其结果。·变截面简支梁桥P“钒一是⋯兰㈣z，，，∥=矾，石=熹，_．kIt,-(5-za，式中：Iequal——等代等截面梁的抗弯惯矩；Iequal——等代等截面梁的抗扭惯矩；，托——变截面简支梁跨中截面的抗扭惯矩；，矿一变截面简支梁跨中截面的抗扭惯矩：左跨：，∥=吼，妒·2两丽40n2磊磊(95面25n64(9g／,iIn’+，)‘+)(29+11)(1+{等)耻者≥_2羔鲁驴争。，：生‘，，，齐”‘=妒11n，妒】=兰墼±!!!：(5+7m)(11+"1)(5-25)一n：叠I(5-26)，r1 第五章钢筋混凝土桥梁承载能力评定程序右跨：将上列公式(5-25)(5—26)中下标1该为2，K?与K：互换，即可得到右跨珈——两跨连续梁右支点截面的抗扭惯矩；1)边跨：，，“的计算按式(5-25)，但需将其中的K：政为K，它等于中跨和右跨一起的连续梁的抗弯刚度，按下式(5-27)计算：耻击1∥崩。=羔32n争一篙64n毒K一每I(5-27)一Ⅳ+，。+o．。⋯，并“的计算按式(5-26)。Ko16(3+2”)(9+”)(1+朋+再)塌““的计算按式(5．24)，Iro换为In。式中：∥、Ko和K?按式(5．27)计算。，1——三跨连续梁边跨端支点截而的抗弯惯矩；厶——三跨连续梁中跨支点截面的抗弯惯矩；厶——三跨连续梁中跨跨中截面的抗弯惯矩；，n——三跨连续梁边跨端支点截面的抗扭惯矩58(5-28)蒜妒∥ 第五章钢筋混凝土桥梁承载能力评定程序，乃—～三跨连续粱中跨支点截面的抗扭惯矩岛～二跨连续梁中跨跨中截面的抗扭惯矩7——三跨连续梁中跨的计算长度：，I——二跨连续梁边跨的计算长度。5．4．2杆系静力计算程序按上节方法解决了梁桥横向分布计算问题后，可以将主梁看作平面杆什系统，考虑节点在结构平面内的位移(包括转角疗、水平位移“、垂直位移v)。本文程序采用有限元程序结构：单元刚度矩阵形成，坐标转换，形成结构总刚度矩阵，边界条件处理，未知节点位移方程的求解及内力计算。这些内容在许多讲述有限元程序的参考书上都可以找到，这里不作详细说明。本节着重说明本文程序中针对钢筋混凝七既有桥梁承载能力评定丁作的特点所做的改进。●对于荷载列阵的处理本文程序考虑杆单元各种节点与非：常点荷载的作用。如果荷载直接作用在节点上，荷载矩阵可以直接迭加荷载值而形成。如果荷载是作用在杆单元中间，需要先算出杆单元两端节点上的力(单元荷载矩阵)，再经过坐标转换，变成结构坐标系中的单元荷载列阵，最后把它迭加到总荷载列阵中。既有钢筋混凝十桥梁上作用的荷载主要包括结构自重、附属结构的重量、车辆荷载以及人群荷载，这些荷载实际上都属．F非常点荷载。非节点荷载作用卜．的杆单元节点力按以r公式计算：1)集中力荷载JP(考虑车辆荷载情况)荟PMPaOa≯2)绋=一Gf。=～了)2fM8：一时粤)fYL_a．．_一9』{(5-29)睦=一I』1r————一图5．10集中力作用2)均布荷载q(考虑结构自重、附属结构重量、人群荷载等情况)B}jX 第五章钢筋混凝土桥梁承载能力评定程序既=g—2(b—-a—)l3—-—2(b面3-广a3—)l+—(11～4-a4)绋=MR=一g‘Yk—b一¨a“m一ⅡLr；jqr～---一1圈5．1l均布荷载作Ⅲ▲VJa、．AX(5-30)虹出；，王』．J-l⋯j。酗5—12三角形荷载作用3)三角形分布荷载q(考虑变截面结构自重情况)驴a塑堕监≮筹生必幻=生掣g一绋鸠=g堕监坠盟焉筹盟堕型型OUD一玎V—O．2(b5一日5)一0．25(b4～口4)(f+a)+一(b3__a3)la帆_q—————1i矿———J一(5-31)·对于1F理想约束的处理桥梁工程中非理想支座约束的情况是比较多见的，评定既有结构的承载能力时，戍当考虑非理想支座约束的影响。本文程序考虑了以下两种常见的情况：1)支座沉陷在结构计算模型上反映为其所对应的节点发生了一非零数值的位移。模拟结构支座沉陷状况时，对计算模型的刚度矩阵及荷载矩阵采用主对角元置大数法进行修改：6n惹烈一g：尘Ⅲ坠字幽 第五章钢筋混凝士桥梁承载能力评定程序记支座沉陷位移为A，=d，撤掉自由度f所对应的约束，在总刚度矩阵K(p)中令主元K。乘以一个大数G(如1．e20)；同时，在荷载矩阵中令第f自由度对廊的各工况的外力f=GK。d。这样，由于GK。的值很大，所以经消元分解后，任一项与GK。相比均可略去不计，则：GK。A?=GK。dt5-32)21弹性支座弹性支库是介于刚性支座与自由节点之间的一种支座。当约束点产生位移，支座便会产生一个大小与约束位移成正比、方向与约束点位移相反的力。因此，可以把弹性支库视为约寐点通过弹簧连结在刚性支座上：产生线位移的弹性支座可以看作是拉乐弹71。簧；产生角位移，则可看作是拉压弹簧和扭～转弹簧在该约束点的组合。图5．13是弹性支．序的模拟图示意。当结构的第r个自由度受到弹簧约束作用时，只需把支座的弹簧剐度图5一13弹性支座示意图系数蜀叠加到自由结构总体刚度矩阵主对角线的第r个主元上去即可。厨可以根据经验做出大致的估计，也可以借用结构参数识别技术进行修正。·车辆荷载的布置为方便确定车辆荷载在桥上的作用位置，本文程序中定义了一组汽车荷载数组和一组加载车队数组。汽车荷载数组信息包括车辆类型标志，车辆各车轮的重量以及它们在车辆子坐标系中的坐标x、Y，车辆子坐标系的原点取在汽车前轮之左外侧轮的着地点。加载车队数组信息包括车队列数，各列车队中的主车、重车类型及数目，车辆间距，重车在桥梁结构总体坐标中的位置，行车方向。对丁二每种加载工况，用一组横向布置信息数绸来确定各车辆的横向位置。图5．14是某一加载工况，由程序给各个车轮编号，先沿纵向排列，再横向布置。在定义了加载车辆和车队的信息后，用户只需要定义加载车队中重车在结构总体坐标中的位置(5-14图中的A点)，所有加载车辆的车轮位置即可确定。行车方向与结构总体坐标x方向一致时取1，相反时取．1。6l 第五章钢筋混凝士桥粱承载能力评定程序▲Y027二_)2528，、265．4．3混凝十徐变收缩的影响行车方向。、23、24，_．t_’0‘1m2l，1922，、20’；⋯—4寻、58卜．6’y图5—14车辆布置示意图混凝十徐变和收缩是它作为粘弹性体的两种与时问有关的变形性质。混凝士中的应力保持不变，应变随荷载持续时间而增长的现象称为徐变。混凝士的徐变和收缩对结构的变形、结构的内力分布和结构内截面的应力分布发生影响。本节主要讨论混凝土徐变和收缩对超静定结构(如钢筋混凝土连续梁)引起的次内力计算。在既有桥梁承载能力评定过程中，由于混凝土徐变收缩而引起的次内力应做为恒载的一部分。根据试验研究，当混凝士应力不超过其极限强度的40～50％时，徐变终极变形与初始瞬时弹性变形成线性关系，否则成非线性关系。在一般情况F，混凝土应力都是小丁R／2，因此属于线性徐变。本文采用线性徐变理论，徐变应变公式为：乞=竽=等竽=鲈。cs．，，，式中：。。——混凝士徐变应变，包括滞后弹性应变s。和附加应变自。，、△，。、△f。——分别为构件长度、徐变变形和弹性变形。s。——￡。开始时，在荷载作用F混凝士的瞬时弹性应变值。p——徐变特性系数。我国规范中采用的徐变计算公式是参照1978年国际预应力协会(FIP)中关于混凝土徐变系数及收缩量计算的建议公式。《公路桥涵设计规范》(JTJ023．85)151中的徐变系一。々 第五章钢筋混凝士桥梁承载能力评定程序数计算公式为e(t，f)2尼(f)+o．4儿(卜f)+吩[岛(f)一乃(f)】(5-34)历(f)=O．811式中：O(t，f)——加载龄期f，计算龄期t时的混凝士徐变系数。(5135)PdO—f)——随时间而增长的滞后弹性应变，其中t为待求的徐变系数的龄期，f为加载龄期。R(，)／R。——混凝士龄期为r时的强度R⋯与最终强度R。的比值。妒，——流塑系数，妒，=妒，l妒，2。妒，t——依周围环境而定的系数。妒，2——依理论厚度h而定的系数，h按下式计算^：五丝“(5-36)式中：A依周围环境而定；A^构件混凝土截面面积；“与人气接触的截面周边长度。P／(f)、∥，(f)——随混凝土龄期而增长的滞后塑性应变，与理论厚度h有关。收缩量按下式计算：￡，(f，f)=Es0(屈(f)一屈(f)】(5．37)式中：s∞=s，j占，2，s“取决于环境条件，占，2取决于理论厚度：鼠为取决于混凝士龄期及理论厚度的系数。本文采用我国《公路桥涵设计规范》(J”023．85)【51中的徐变系数及收缩量的计算公式，设计规范中徐变系数是用图形曲线和表格的方式给出的，因此需要先将徐变系数进行拟合。在《考虑施工状态的预虑力混凝士曲线梁桥空问分析和辅助配束》中，将《公路桥涵设计规范》(JTJ023．85)吲中的各项拟合成如F形式：尻(z)=o．8[1_(扛磊F丽万蕊丽矿)一6．47561(5-38)历(r—f)=0．27+0．430一e一“‘‘7’】+0．3[1一e一“‘7一‘’1(5，39)63 第五章钢筋混凝土桥梁承载能力评定程序所(，)=0．1I+C[I—P1‘“’]+D[1-e1‘“’】式中：ql=O0036，q2=O．046，q3、q4、C、D是与理论厚度h有关的函数，可按表5-3内插计算。表5．3徐变系数拟合系数取值表h≤501002004008001600f0．5004704lO．350．29020口0．390．420．48O．540．60O．69q30．0330．03350．0340．0350．0380．05q4000150．00130．00ll0．000850．00065000053将式(5-38)、(5-39)、(5-40)代入式(5-34)得：妒(，，r)=尾(f)十O172[1一e-ql(t-r)】+O．12[1一e-q2(’-r)】+Cfp，I妒／2e1‘“’【l—P一。‘”’]+Dp，1妒，2e一乳‘卜3’[1一e-q((t-r)】+0．108另外，根据《公路桥涵设计规范》(JTJ023．85)15J还可以拟合得到妒，：=互而260+1．o环境系数妒，l的取值见表5-4㈣表5·4徐变基本系数妒，1、A(5—41)r5-42)环境条什水中很潮湿的大气野外一般条件很干燥的大气系数妒rl081．O2．O30系数旯3051．51．O本文采用换算弹性模量法(即Trost．Bazant方法)计算超静定结构中由徐变引起的次内力。该方法的优越性在于：引入时效系数后，能直接计算在应力变化条件下的结构在计算加载时刻的总变形，因此可以直接建立超静定结构在计算加载时刻的变形协调条件方程，进而求解结构的次内力。具体方法可以参阅文献【6】。 第五章钢筋混凝十桥梁承载能力评定程序算钢实际L程中，有些结构在施丁或者运营过程中发生体系转换。比如：连续梁施上方法中，由一种简支变连续的方法，即：先制作多跨简支架桥，在施』：初期各跨是独立承担荷载的，而在后期，再在各支座处形成尉结。还有一些多跨简支桥梁，虽然在施【．过程中并没有处理成简支变连续的情况，但在结构运营一段时间之后，由r支座处的钢构什发生锈蚀，各跨结构在支座处相互约束，实际上也属于结构的体系发生了变化。混凝土桥梁结构，使用过程中，若其结构体系发生变化，由于混凝十徐变的影响，结构内力会发生重分布。F面以某座桥为例，说明本文计算混凝土徐变次内力的方法。算例说明：10+16+lOm钢筋砼空心板连续桥，施l，过程采用先简支后连续的方法。计算跨径分别为Ll=岛=9．6m、L2=15．3Ⅲ：各跨截面的惯性矩分别为fl=J3=0．0070554m4，12=0．033943m1：结构自重荷载分别为q1=q3=lOkN／m，q2=15kN／m；混凝土弹性模量均为E=3．0×10‘Mpm计算以下两种情况的徐变次内力：～、加载龄期分别为fl=f2=『3=30天，三跨简支变连续，计算t=300，500，1000，2000，3000，7000天时的徐变次内力；__二、加载龄期分别为fl=30天，f2=45天，r3=60天，三跨简支变连续，计算t=300，500，1000，2000，3000，7000天时的徐变次内力。计算结果见表5-5、图5．15。分析计算结果，可得到如下结论：1)采用简支变连续的施工方法，可以调整结构内力分布，支点附近的负弯矩减小，跨中的正弯矩增大，在徐变的影响下，结构各截面内力值发生重分布而使得内力分布趋于均匀化。所以，在评定结构承载能力时，应当按照徐变次内力的计算方法考虑恒载，若既有结构在其使用过程中发生体系转换，则结构的初始内力计算对应当取体系发生转换前的内力状态。2)在成桥初期，徐变影响较大，随着时间的推移，徐变影响逐渐减小。在桥梁已经使用多年(如10年)后内力值趋于稳定。所以在计算徐变次内力时，若结构施上过程的具体时间顺序不确切，也可以按照各构件的加载龄期相同来考虑，这样处理的结果差别不大。 第五章钢筋混凝土桥梁承载能力评定程序参考文献：”1范立础主编“桥梁。L程”人民交通出版社1996“1石洞石志源黄东洲编著“桥梁结构电算”同济大学出版社1994”’P．贝特著“结构矩阵分析中的若干问题”高等教育出版社1993”1“沪杭高速公路角曹公路立交桥拉压预应力梁桥试验报告”同济大学桥梁工程系试验室1998991中华人民共和国交通部部标准“公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJ023—85)”人民交通出版社1989”1杜国华毛昌时司徒妙龄“桥梁结构分析”同济火学出版社1994 第五章钢筋混凝土桥梁承载能力评定程序表5-5徐变次内力计算结果情况之一(加载龄期相同)节点号1234567初始内力O11520O438．92O115．2Ot=300天O53．80．122．80316．12．122．85380t=500天04903．132．35306．57．132-3549．030t=1000天042．63．145．14293．78．145．1442．63Ot=2000天O38．71．152．99285．93．152．9938．7lOt=3000天038．17．154．06284．86．154．0638．17Ot=7000天037．42．155．56283．36．155．5637．420情况之二(加载龄期不同)节点号l234567初始内力O115．20O438．92O115．20Ot=-300天054_25．12l90318．79．1183656．02Ot=500天049．59．131．23308．79．129．0350．68Ot=1000天04250．145．39293．60．145244258Ot=2000天03876．152．8828584．153．2738．560t=-3000天O3825．153．90284．78．154．3"738．020t=7000天03753．155．34283．30．155．9037．250情况之三(直接按连续梁结构计算，龄期相同)节点号l234567初始内力028．15．17409264．82．174．0928．150t=-300天O．33．25．296．89142．03．296．89．33．25Ot=-500天O．38．02．306．44132．48．306．44．38．020t=1000天O．44．42．319．24¨9．68．319．24．4442Ot=-2000天0_48．34．327．08111．84．327．08-48．34Ot=3000天O．48．88．328．15110．77．328．15．48．88Ot=-7000天0-49．63．329．65109．26．32965．49．630注：表中内力值为各节点弯矩值，单位：kN·m。67 第五章钢筋混凝土桥粱承载能力评定程序40020002004002000L—≤_200＼、、＼图5．15．a)情况一：加载龄期相同图中至上而下四条曲线分别对应●初始内力分布7≥·t=300天的内力分布⋯，“一】●t=-1000天的内力分布≤j。●t=7000天的内力分布*?j￥j一、～覃一签、j≥4图5．15．b)情况二：加载龄期不相同图中至上而下四条曲线分别对应：●初始内力分布·t=300天的内力分布·r=-1000天的内力分布●t=-7000天的内力分布图5．15．c)情况三：南接按连续梁计算加载龄期相同图中至上而下四条曲线分别对应·初始内力分布●r=300天的内力分布●r=1000天的内力分布●r=7000天的内力分布t图515．d)体系转换对结构内力的影响400t图中至上而下四条曲线分别对应：200／，。、●体系发生转换前初始内力分布、／／∥¨＼、、，～·体系发生转换后仁7000天的内力。岔一：二一么√一鼙一’：∑分布：7／i、·7，●连续梁的内力分布(不发生体系转一200，＼’．攒)一·连续梁t=7000天的内力分布图5-15徐变计算结果比较图一、≮℃弋||，。≯一I≮∞叩0叩42一)：；、j一弋j一∥≥ 第六章承载能力评定算例第六章承载能力评定实例本章介绍一个评定实例，说明评定既有结构承载能力的一般步骤。6。1准备工作周密、细致、准确的调查是全面了解和掌握桥梁实际状况的必要基础。应注意收集以F儿方面的技术资料：1．设计资料：设计计算书及有关设计图纸：修改设计计算书及有关图纸；桥位地质钻探资料及图纸。2施工资料：竣工图纸及其说明书；材料试验资料及施工纪录；地基与基础试验资料；竣工验收有关资料。3维修、养护、加固资料：历史上通过重车的车型、载重及交通量；经常通过桥梁的车型、载重及交通量；历次桥梁调查、维修、加固等有关的资料、图纸、照片；过去所作桥梁加载试验资料。4．桥梁现状调查桥面调查要点：桥面纵坡，桥面平整度、磨耗及损坏情况；栏杆及人行道是否完整、是否符合使用要求；排水设施设置是否合理、设备是否完善；伸缩缝缝宽是否合适，有无拉开或抵拢现象，设施是否完善、能否满足使_E}j要求。(伸缩缝的检查最好能从桥面和桥下两个方向进行。)6．2京津公路引河桥现状调查引河桥位于京津公路天津市段北辰区永定新河上，主桥为34孔13．5米跨径的钢筋混凝土T形截面简支梁桥，下部结构采用钢筋混凝土双柱式钻孔桩。桥梁全长45944米。6．2．1桥梁状况该桥始建于1969年，横跨两河三堤(北河为69年新挖，南河为旧河道)，全长459．44m，为34孔简支T梁结构。桥面全宽17．5，，2，车道宽14m，两侧人行道1．5m。两边孔跨径为13．22m，其余32中孔跨径为13．5m。设计荷载标准为汽--26，拖一100(据天津市市69 第六章承载能力评定算例政设计研究院1989年拓建该桥时测算，该荷载标准仅相当于现行载重标准汽车一15级强一些，按汽车--20级，挂一100验算尚有部分指标不能通过，载重标准按汽车～15级控制使用)。桥梁纵坡中间跨为平坡，两端备四跨纵坡分别为0．25％，o．5％，1％，1．5％，车行道横坡为1％，桥面铺装厚8--15cm。上部结构：每跨为13．5朋(除两边跨为13．22m外)的钢筋砼T梁，共34孔，每跨10片梁，粱高100cm，翼板宽158cm，肋宽20cm。端横隔梁高80cm，厚13cm，无中间横隔梁。下部结构：直径为0．8m的灌注桩，每墩4根桩，桩横向中心距为3．8m，帽梁断面为T形，长16m，全桥共35个桩墩。全桥除7个墩(30#、26#、22#、18#、14#、9茸、4#)上安摆柱支座外，其余均为油毛毡支座。1989年对该桥进行拓宽，原有桥梁作为机动车道，两侧各增建一座非机动车道桥，中间由分车带相隔，拓宽桥梁外侧设人行道及栏杆。拓宽桥梁孔径与原桥相对应，为34跨简支桥，除两边跨跨径为13．22m外，其余中跨每跨跨径为13．5m，桥梁全长459．44m。机动车道横坡为l％，非机动车道横坡为】．5％单可坡。为了对目前桥梁结构的实际工作状态有一个准确的了解，为引河桥的加崮、改建设计提供可靠的数据依据，天津市国腾公路咨询监理公司和同济大学桥梁试验室联合对引河桥进行了静力加载试验。试验已于2000年5月24日完成。6．2．2交通量调裔大津市公路局在1984年和1989年分别对杨村路段进行了交通量调查，其调查结果为：1)84年平均日交通量为：4152辆／日；2)89年平均日交通量为：10303辆／日；1999年8-9月份，天津市国腾公路咨询监理公司对京津公路杨村段进行的通过车辆轴重调查结果显示，京津公路杨村段的交通量为22456辆，目，其中单轴大于100kN的交通量为1993辆，日，占总交通量的8．87％，单轴轴重大于130kN的交通量为1275辆，日，占总交通量的5．68％，其中最大轴重为250kN。若按标准轴载的当量轴次计算，其标准轴70 第六章承载能力评定算例次为323428次／目，单轴轴重大丁二100kN的标准轴载的当量轴次为18018次／日，占总标准轴载当量轴次的87o％。在如此人的交通量和超载车的作用F，引河桥必然受到程度不同的损坏。6．2．3桥梁病害调奄京津公路引河桥病害情况如F：近年来，由于公路交通的发展和实际运营荷载的增加，己使原桥上部结构部分不堪重负，出现了T梁纵向接缝普遍开裂，简易支座多处受压破碎等现象。具体情况为：●T粱第～孔(西侧)(津一京)加宽部分，其第一根梁肋F缘有横向裂缝。●支座在第二孔(津一京)，旧桥支座为油毡支座，由了二梁端不能自由变形，T梁端部出现不同程度的破碎。·帽梁由丁桥梁结构本身的问题，存在程度不同的破损，其中较为严重的是：第三排墩柱(滓一京)帽梁上缘拉裂严重，京津方向第二、四排墩柱帽梁上缘拉裂严重。在每一活动支座处，由于活动支座被两侧的抗震构造物固定，无法移动，故帽粱上缘拉裂较为严重。●桥面系由于机动车桥面砼铺装层标号低，钢筋网钢筋间距大、直径小，再加T梁无中横隔板，为此在T梁翼板间出现纵向裂缝。另外，整个桥梁调查中，未发现T梁有裂缝或其他异常现象。6．3静力加载试验加载车辆采用二辆总重分别为300kN的载重车(相当汽车一20级重车)作为试验荷载该试验荷载的加载效率约为原设计汽车荷载的t．2倍。实施加载时，采取了荷载分级，同时密切注意控制断面的应变和变形情况。●加载位置 第六章承载能力评定算例本次静载试验以两种方式加载：1)主粱跨中正弯矩最不利加载位置横向对称布载；2)主梁跨中正弯矩最不利加载位置横向偏心布载；具体车辆布载位置见图6-2。●加载车辆的技术指标三辆斯泰尔载重车的具体技术参数和理论及实际载重如下表6-1。表6-1斯泰尔载重车技术参数和载重表轴距斯泰尔后轮距前轴重中后轴重总重中后轴距前中轴距(乍号)(cm)(七Ⅳ)(kN)(cm)(理论)13529518060220280(天津43131)13529518055．024303000(天津43132)13529518055_8244．03000(天津43133)13529518060．22308295．O●试验内容按主梁跨中止弯矩最大位置横向对称和偏心布载时1)测量主梁跨中挠度：2)测最主梁跨中下缘钢筋应变；3)观察边梁、中梁跨中F缘混凝七裂缝。●试验仪器钢筋应变测量采用电阻应变片配YJR5型静态应变仪，测量精度l／．re；支座附近主应变测量用千分表引伸仪，测量精度5j盯。挠度测量采用RSN1型挠度计，测量精度0．1／／a／／；支座位移选用百分表，测量精度0．01／／／／／／；裂缝观察采用裂缝尺配放大镜，最小读数0．08／／Eft。●试验工况直接以一辆、两辆和三辆载重车分别作用在跨中，作为荷载分级_[况。具体按表6—2静载试验j：况表进行。72 第六章承载能力评定算例表6-2静载试验Jj况表r况号加载位置测试内容01无荷载跨中挠度、府变读零1跨中对称1辆跨中挠度、应变测读，裂缝观察2跨中对称2辆同上3跨中对称3辆同上04无荷载跨中挠度、应变读零4重复工况305无荷载跨中挠度、应变读零5跨中偏载1辆跨中挠度、应变测读，裂缝观察6跨中偏载2辆同上7跨中偏载3辆同上08无荷载跨中挠度、应变读零8重复工况7跨中挠度、应变测读09无荷载跨中挠度、应变读零沣：此表为#16试验孔实际工况，撑17试验孔和此基本一样(只少做两辆对称一个工况)。6．4试验结果图6-3和图6．4分别列出Y#16试验7L在对称和偏心荷载作用下各主梁跨中断面的挠度实测值。图6-5和图6-6分别列出了#16试验孔在对称和偏心荷载作用F各主梁跨中断面下缘钢筋的应力值。图6．7和图6-8分别列出T#17试验孔在对称和偏心荷载作用下各主梁跨中断面的挠度实测值。图6-9和图6．10分别列出T#17试验孔在对称和偏心荷载作用F各主梁跨中断面r缘钢筋的应力值。表6-3列出了三辆对称和偏心加载工况时的最大挠度值和最大应力值。6．5承载能力系数计算考虑桥面系及桥栏杆的共同作用，折算厚度为IOcm。 第六章承载能力评定算例6．4。由于缺乏原桥设计资料，故采用相似跨径桥梁的设计图纸进行计算。计算结果见表6．6承载能力评定结果从表6-4中，桥梁在各种试验荷载工况下，主梁的承载能力系数均大于1(包括JE截面汞I斜截面强度)。由荷载试验得到的图、表以及其他现场观察，可知：a)二辆载重车作用卜，实测最大挠度为5．7ram，此值约为规范允许值的25％，考虑到试验荷载已达到设计汽车荷载的1．2倍，所以说本桥主梁的刚度是能够满足正常使用荷载要求的。b)由图7—3～图7-10可知：各梁由挠度和钢筋应力得到的荷载横向分布规律基本是一致的。c)整个试验荷载作用下，主梁跨中F缘附近和斜截面等处，都没有发现明显的裂缝。简易支座处也没发生新的主梁或盖梁的压碎现象。综上所述：目前引河桥主梁的抗弯能力基本能够满足汽车．20级荷载的要求。参考文献：⋯“天津引河桥静载试验报告”，同济大学桥梁工程系桥梁试验室，2000．674 第六章承载能力评定算例表6-3不同试验荷载作用下主梁跨中断面最大挠度和F缘最大钢筋应力值三辆对称三辆偏心挠度#16孔5．4(mm)#17孔5．O5．7#16孔66．872．5应力(MPa)#17孔68．370．3天滓方向#16试验孔1350⋯___#17试验孔17001400l千专_L暑二j三__二三二=j：二：j—i±i=i，=J=：i二Ei；j：：==。芒，芎—j一80。1(50l160l160{160180}800|图6-1引河桥行车道上部结构布置图(单位：cm)75 第六章承载能力评定算例f1)纵向加载a)纵向加载r!盟一卜旦j一!oLj31—180{：【I；』l』1塑—l堕曼哑ll她⋯lI|b)横向对称布载．．1804j骂180__130，一180_j50’，●+18065180t+●}二二=i1等jx-、：：==兰一．_’专亏一c)横向偏心布载图6-2加载位置示意图，『，ti，～V—r一～刁T 第六章承载能力评定算例0．01．02．03．04．050601O0·0—10喜_2o簧_3o一4．0—5．06O0．010言_20毒剖嚣4050【一6．0]r—夭o、、ts，，膏一7r刁5、”、＼、＼／．-／／＼。＼＼／／。／。|＼’’／，4＼＼-／+一辆荷载作用————一≈。一+两辆荷载作用—：t％。##；mHa图6-3对称荷载作用下#16孔挠度实测值图6-4偏心荷载作用下#16孔挠度实测值图6-5对称荷载作用一F#17孔挠度实测值(ⅢⅢ)世翠 一苎查垦垩塑墼塑塑塞簦型{一6．o0一10．0—20．O一30．0—40．0—50．0—60．0—70．0-80．0100—10．O一200—30．0—40．0—500—60．OO0。‘。。。。∥絮。丘A1,Af：1：一卞／／／／l”≮／：弋匿未篇图6-6偏心荷载作用下#17孔挠度实测值■≮心、。。6，，矿磊＼＼／／。__＼＼77⋯～～一¨¨∑＼／／一”＼’’／＼／。!_⋯，，。1+一辆荷载作用1I+两辆荷载作用卜一一⋯土，!：三塑煎冀焦旦图6—7对称荷载作用下#16孔跨中断面下缘钢筋应力实测值I，，，／r一：}一；；：磊／“《一一～二V／一I—二_；妄三≥～、．1槲mlqa*IP，W+两辆荷载作用％t三辆荷载作用图6-8偏心荷载作用下#16孔跨中断面下缘钢筋应力实测值0O01屯弋q{(Ⅲ邑趟耀言旨邑锹越一星=～姒域 苎查兰墨塑墼垄塑塞簦型；0．0—60．0—70．0f一80．010．010．0一lO．O一20．O一30．0—40．O一50．0—60．070．0—800}萋◆；lj0≤一二兰≤高拓毒图6-9对称荷载作用下#17孔跨中断面下缘钢筋应力实测值图6-10偏心荷载作用下#17孔跨中断面下缘钢筋应力实测值O0O0O01屯≈q巧兮‰譬一制世言“=)|取苗 I一第六章承载能力评定算例表6-4承载能力系数计算主梁承载能力系数编号工况l工况2工况3工况5工况6工况7正截面2．97302．97342．97682．41132．39912．3990样l斜截面1．29521．29541．29703．77973．76113．7610正截面2．97382．98375．80901．59041．52481．5244拌2斜截面1．29561．30011．00022．51432．41252．4118正截面2．99165．39142．13372．88321．39571．3906撑3斜截面1．30378．26973．35414．49952．21182．2039正截面5．02082．07921．34892．92961．44721．3533#4斜截面7．71863．27012．13881．27412．29202．1458正截面1．99181．35261．37292．96952．97331．3898撑5斜截面3．13552．14472．17641．29364．63672．2026正截面1．99181．35261．37292．97272．98491．5027拌6斜截面3．13552．14472．17641．29511．30062．3781正截面5．02082．07921．34892．97292．973l3．1092抖7斜截面7．71863．270l2．13881．2952L29534．8435正截面2．99165．39142．13372．97293．0208拌8斜截面1．30378．26973．354l1．29521．3169正截面2．97382．98375．80902．97292．9754撑9斜截面1．29561．300l1．00021．29521．2963正截面2．97302．97342．97682．97292．973l群lO斜截面1．29521．29541．29701．29521．2953 第七章总结中小桥梁承载能力评定研究是中小桥梁状态评估中的重要组成部分。本文应用承载能力系数的概念，对中小桥梁承载能力评定方法进行了研究。本文的主要贡献包括：1．发展了一套基于桥梁现场荷载试验信息以及综合检测信息的桥梁承载能力评定方法。本文按照层次分析的思想，根据桥梁承载能力评定中所获信息的多寡，提出利用承载能力系数评定既有钢筋混凝士桥梁结构的承载能力。该方法是以现行的桥梁设计规范为评定标准，结合实桥检测的结果，考虑结构损伤对其承载能力的影响，评定结构实际承载能力。2．编制了一套中小桥梁承载能力评定程序。在评定既有桥梁承载能力时，充分利用现场测试获得的信息，对分析模型进行修正。采_【}J改进的梯形分块法计算截面几何特性。根据荷载试验特点，建立车辆子坐标系统，可实现各种加载[况。i要结论●利用桥梁承载能力系数的概念，比较分析桥梁承载能力计算中两大基本要素(即荷载效应和抗力)，以实际工程的结构分析和现行的设计规范为基础，结合桥梁荷载试验以及桥梁检测所获信息进行评定，评定结果与实际情况比较符合。·承载能力系数计算中包括几个方面的影响：截面的真实极限强度、恒载与活载效应咀及结构损伤对其承载能力的影响等。●截面的真实强度计算中，涉及到材料的真实强度，截面的实际尺寸，钢筋的具体布置等问题。评定工作中，可通过实测或材料试验获得所需数据。·钢筋混凝土梁和板等典型的受弯构件，在公路中小桥梁中应用十分广泛，也是本文主要研究对象。评定钢筋混凝土受弯构件截面强度主要包括：正截面强度和斜截面强度。本文在现行规范中规定的强度计算基本公式的基础上，针对既有桥梁承载能力评定工作的特点，对强度计算基本公式做了改进，并考虑了既有结构的损伤特点对结构实际承载能力的影响，提出了既有钢筋混凝土中小桥梁正截面强度和斜截面强度的评定方法。●既有结构在运营多年后，由于结构的自然老化、车辆荷载的增加、不利的环境影响以及养护维修的欠缺，桥梁不可避免地产生各种结构损伤。评定既有桥梁承载能力时，应全8l 第七章总结面r解桥梁结构存在的病害，分析各种病害对其承载能力的影响。·采用模拟设计荷载等级(如汽车一20级或挂车一100级)对实桥加载，测定在此荷载作用F结构的挠度、裂缝宽度、控制截面的应力水平、应变、横向分布情况等，然后与理论分析的结果进行比较，对承载能力分析模型进行修正。●外观检测可以获取桥梁结构使用状况的第一手信息，r解混凝士、钢筋等材料的质量变化情况，掌握结构各部分构件的11作情况。评定桥梁实际承载能力时，综合考虑外观检测信息，使得评定结果更接近实际情况。●本文编制的钢筋混凝土桥梁承载能力评定程序可用于分析、计算新桥和既有桥梁结构的承载能力。有待进一步研究的阚遂本文重点讨论了钢筋混凝土桥承载能力的评定方法，中小桥梁承载能力评定中尚有很多j：作有待进一步的探讨。例如，确定桥上实际通行的活载：建立中小桥梁承载能力评定数据库；在混凝土桥上应用参数识别技术对分析模型进行修正；钢筋混凝十中小桥梁中其他受力形式的构仲(如轴心受压、轴心受拉、偏心受压、偏心受拉、局部承压等)承载能力的评定；结构损伤对预应力混凝土桥承载能力评定的影响作用。82'