旧桥承载能力检算评定方法综述.pdf

'器桥梁工程BridgeEngineering旧桥承载能力检算评定方法综述詹志才，崔玉萍(1．北京市市政T程研究院，北京100037；2．中交路桥技术有限公司，北京100029)摘要：2O世纪80年代以前修建的一大批既有桥梁结构已经进入老化期，其承载能力都存在同程度的退化，为确保桥梁运营安全，桥梁检测丁作显得尤为重要。通过对某拱桥进行外观检查，并结合检查结果依据桥梁结构理论加以分析和计算，最终对桥梁实际承载能力状况作出评定，从中总结H；一套简单实用、切合实际的旧桥承载能力评定方法。关键词：旧桥；承载能力；检算评定；折减系数中图分类号：U445．71文献标志码：B文章编号：1009—7767(2011)05—0056—04SummaryonCalculationandEvaluationMethodofBearingCapacityofOldBridgesZhanZhicai，CuiYuping我国桥梁工程建设飞速发展，20世纪80年代以前修建的一大批既有桥梁结构已经进入老化期，加之现阶段桥梁建设重建设轻养护，桥梁承载能力都存在不同程度退化，因此桥梁检测T作显得尤为重要。桥梁检测主要是通过对桥梁结构进行经常性检查、定期检测及特殊检测等手段最终确定桥梁技术状况等级和桥梁实际承载能力水平⋯。笔者通过对某拱桥进行详图2桥梁标准横断而示意图尽外观检查，并结合检查结果，依据桥梁结构理论加以分析和计算，最终对桥梁实际承载能力状况作评2)人群荷载3．0kN／m：定，从中总结出一套简单实用切合实际的旧桥承载能3)桥梁全宽11．5m，由7．0m(行车道)+2x2．0ITI力评定方法(人行道)+2xO．25m(栏杆)组成；1工程概况4)设计洪水频率1／100：某拱桥建于20世纪80年代中期，该桥主跨为2孔5)地震动峰值加速度为0．05g，地震动反应谱特115m箱型钢筋混凝土板拱，矢跨比为1／6．拱箱高度征周期为0．35S，相应的地震基本烈度为VI度。为1．8m，拱轴系数m=2．514，整个主拱圈采用等截面2桥梁检测病害状况悬链线空腹式拱，分5段无架吊装。桥梁立面图、横断2．1桥面系面示意图，见图1、2。1)行车道上伸缩缝严重阻塞，桥面大量碎裂，坑槽严重(尤其在靠近下游侧行车道)。2)人行道上栏杆大量破坏，主要为露筋、混凝土掉落、路缘石破坏。典型病害见图3。桥面行车道混凝土碎裂，坑槽严重，桥面雨水沿图1桥梁立面图裂缝透过拱上填料渗流至拱上建筑及主拱罔，主体结构遭受长期侵蚀、腐蚀，材料性能退化，桥梁的承载能桥梁主要技术标准：1)荷载等级为汽车一20、挂车-100；力将进一步降低。56席投东H∈T2011No．5(Sep．)Vo1．29 桥梁工程昌昌B~"idgeEngineering他墩台未发现裂缝：墩台未发现明显水平位移和沉降。3桥梁承载能力检算评定计算分析采用桥梁专业计算软件MidasCivil2006进行．通过MidasCivil2006建立桥梁空间有限元模型，对桥梁各部分构件进行仿真模拟。按照有关规范规定罔3桥面系典型病害对结构分别施加各种荷载，如白重、二期恒载、温度效2．2主拱、拱上填料应、汽车荷载等，计算结构在各种荷载组合作用下桥1)拱脚处主拱箱内大量积水。箱内积水不能及时梁的内力及变形情况。选取结构的主要控制截面和检排出．主拱罔箱体混凝土长期受积水浸泡、腐蚀，混凝测过程中发现存在病害的薄弱截面作为验算截面l21。3．1承载能力检算评定折减系数的选取土材质进一步退化，将对桥梁承载能力造成一定影响。考虑该桥外观检测结果，根据《公路桥涵承载能2)拱上横墙与腹拱交接处渗水、泛碱，是桥面积水沿桥面裂缝往下渗漏，洗刷灰缝砂浆，与砂浆和混力检测评定规程》(报批稿)的相关规定，该桥承载能凝土中组份反应变质所致。力检算折减系数选取如下：3)主拱与拱上横墙存在露筋现象，其中第3跨第1)截面折减系数：考虑钢筋混凝土截面南于材料风化、碳化、物理与化学损伤以及钢筋腐蚀剥落等造5号横墙与第5腹拱上游侧第1片箱拱交接处钢筋外露且严重锈蚀：第3跨3号墩处拱脚拱背处钢筋外露、成的钢筋及混凝土有效面积损失对截面抗力效应的影响。该次检测中发现主拱圈局部钢筋外露、锈蚀、拱锈蚀。主体结构钢筋外露锈蚀，一方面削弱了钢筋有箱内部积水及拱上建筑渗水泛碱。钢筋锈蚀一方面削效截面。另一方面钢筋锈蚀使结构混凝土进一步腐蚀、剥离．影响了主拱圈的受力性能。弱了钢筋有效截面，另一方面使构件混凝土进一步腐4)主拱上横墙存在裂缝，其中第3跨第4号横墙蚀、剥离，降低了主拱罔的受力性能。综合考虑上述病人孔处有l条裂缝，长126cm，宽0．15-0．2mm；第4跨害的影响，检算截面折减系数取为0．95。2)旧桥检算系数：考虑结构在评定周期内桥梁结第7号横墙人孑L处有1条裂缝，长1．2m，宽1～1．5IIllTI。构质量状况进一步衰退恶化产生的对结构整体受力拱上建筑构件开裂一定程度上影响了桥梁的整体受力性能，裂缝进一步发展加剧，将给结构安全带来更性能的不利影响，并基于这些影响对结构承载能力进大的不利。行折减。该次检测发现主拱圈未开裂，但局部存在露5)主拱及拱上填料存在多处植物生长、大量堆积筋锈蚀、拱箱内部积水等现象；拱上建筑局部开裂，但物。植物的根系生长破坏了结构之问的联结和整体性裂缝宽度未超过规范规定：墩、台基础未产生明显位能，导致其他病害产生和形成，给结构带来不利。移。综合考虑上述病害对结构整体受力性能的影响，旧典型病害见冈4。桥检算系数取为1．0。3)承载能力恶化系数：根据桥梁外观检测结果，考虑桥梁结构质量状况衰退恶化而对结构抗力效应产生的不利影响。该次检查发现桥面铺装碎裂、坑槽严重，拱上填料、侧墙及拱上建筑渗水、泛碱；桥面铺装碎裂、坑槽，致使桥面排水不畅，桥面积水沿裂缝往下渗漏，洗刷填料间灰缝砂浆，导致拱上建筑渗水、泛碱。网4上部结构典型病害考虑拱箱内部长期积水，上部结构长期渗水泛碱，桥梁拱圈是拱桥主要的受力结构，拱上填料是保护拱结构将遭受不同程度腐蚀、破坏；另考虑桥面碎裂、坑圈的重要构件，并且能将荷载连续、均匀地传递给拱槽，加之桥面重载车辆通行，桥梁结构将长期遭受剧圈，使拱圈受力合理。拱圈及拱上填料存在的病害会降烈冲击作用。综合考虑上述桥梁周边环境腐蚀及交通低桥梁的承载能力，桥梁检算分析时应予以重点关注荷载作用等因素，承载能力恶化系数取为0．05。2．3桥墩台3．2有限元计算参数选取及模型建立该桥下部结构为重力式钢筋混凝土桥台，施工质按桥梁设计荷载等级标准检算桥梁承载能力是量基本良好，其中2号桥墩基础存在多处竖向裂缝．其否满足相关要求，结合拱桥的特点选取主跨主拱圈进2011卑第5棚(9竹)第29卷，筝荭救术E『57 器桥梁工程BridgeEngineering行检算分析。采用Midas／Civil2006建立结构空间模型。主拱圈按混凝土偏心受压构件考虑l3l，采用JTGD61—2005~公艘瓤～路圬T桥涵设计规范》进行验算。拱轴坐标以实测拱j腹坐标推算而得：混凝土强度采用检测报告中构件实7"舳际回弹测强数据[0]；钢筋为Ⅱ级钢筋，保护层厚度按检测报告实测数据进行计算。桥梁有限元计算模型见咖叭伽图5，部分计算结果见图6、7、8。图7该拱桥自重弯矩图一≯群、；≯。。≯≮一图5该拱桥有限元计算模型图-3ssxx3e~oo图8该拱桥活载作用下弯矩包络图陋：：：I：ii~iii：ii：缸测蕊il■：3．3桥梁实际承载能力检算结果‘蟛。：：：：U45]i60e+0O4加固前，主拱结构受力验算结果见表1。由表1可知，拱脚截面、1／8截面及3／8截面强度安全储备不足，桥梁承载能力不满足设计荷载等级要图6该拱桥结构自重轴力图求，需对桥梁进行加固维修整治。表1主拱结构受力验算结果表薯一～n一一一≥曷蕊载彀涵一t～一结承载丸N|爱≯|I■|=u一薯薯甏趸j霉毫。j§霉薯餮霞魏蕾警秀g鼍麓毽赣鏊§《《毳萋萋萋委li鬈!凳骜§§甏鼍黪i萄甓甍《一i|。t÷蘸裔帮铰注|拱脚截面53780下拉偏压3970o0．7371安全3／8截面43170下拉偏压3O30oO．7O21安全4结论方法，常根据不同需要进行选用或综合使用。在通过仔本文以某拱桥为实例，通过桥梁检测并采用检算细调查、全面掌握桥梁各构件的病变状况基础上，将评定方法确定了桥梁实际承载能力。通过该次检算评构件的病害及损伤情况与结构承载能力紧密挂钩；对定得出如下结论：一些使用年代久远、结构状况较差的旧桥，为避免因1)桥梁在运营过程中，构件材质将产生退化，构对结构进行荷载试验而可能进一步损伤结构时，用桥件承载能力将降低，应对桥梁进行定期检测，并依据承载能力检算评定分析方法对结构状况较差的旧桥病害状况进行相应检算确定结构实际承载能力状况，不失为一种较好的方法，可确保桥梁结构评定分析时以指导业主单位及时进行相关维修加固。的安全。2)IH桥承载能力检算评定分析方法与桥梁荷载试3)桥梁结构评定分析结果既是加固维修设计的验等特殊检测是桥梁承载能力检测、评估工作的不同(下转第61页)58，；荭技术nET2011No．5(Sep．)Vo1．29 桥梁工程器BridgeEngineering是造成桥梁早期破坏的重要因素之一。因此，在工程位在测定立模标高时必须定点、定时、定人(仪器)连建设中还需严格把关，防止类似问题的产生。测，及时对测量结果予以修正。1．8体系转换1．11裂缝体系转换应严格按照设计的要求和程序施工。以在悬臂施工过程中，一旦现受力裂缝，施T单常见的三跨桥为例，在边跨有条件搭设支架进行浇筑位应及时查明裂缝产生的原因，采取针对性的措施加时，先在桥墩上浇筑临时T型刚构：然后在临时支架以处理，并在采取相应预防措施后继续进行下步施T。上浇筑边跨现浇段，拆除主墩上的临时固结措施，让主在混凝土浇筑完成后，应根据实测温度值和绘制的温墩上的永久支座开始工作，结构变为单悬臂体系；最后度升降曲线，计算各降温阶段的混凝土温度收缩拉应浇筑中跨合龙段，形成三跨连续体系。力，如其累计总拉应力超过该阶段的混凝土抗拉强度．1．9腹板纵向钢筋连接方式表示所采取的防裂措施不能有效控制裂缝的出现，则腹板纵向钢筋两侧伸出长度大多相等，钢筋连接应采取加强养护、保温等措施。i31可以焊接，也可以绑扎。但所有接头都位于一个断面2结语上，不符合规范的构造要求。笔者建议腹板纵向钢筋预上述的施工关键技术，仅是笔者多年T作经验的留长度错开布置，采用单面焊接．单面焊缝不应小于总结，仅为与广大工程建设同行共同探讨。总之，对于lOd(d为钢筋直径)，确保满足规范的构造要求。预应力混凝土悬浇变截面连续箱梁的施T．首先要编1．10线形和高程控制制科学可行、周密细致的施T方案指导施T：其次要线形和高程控制是通过施T测量控制体系和监抓住施工中可能出现的重大技术问题．制订针对性的控体系来实现的，以确保施工中的结构安全及_丁程完措施，遵循“力求对称、平衡施工，确保安全”的原则。工后的线形和内力情况符合设计要求。施T前，设计不断在施工中发现问题、研究问题和解决问题，不断单位应根据施工单位采用的挂篮的实际质量，重新计总结施工的新技术、新经验．才能建造更多优质、安算每段块件的理论立模标高，供施T单位在施工时参全、经济和美观的桥梁。一考；施T中，施T单位要根据施工监测所得的相关参数进行仿真分析，并对误差进行分析、预测，对下一立参考文献：模标高进行调整，以此来保证工程完工后的桥梁线形、[1]姚玲森．桥梁T程[M]．北京：人民交通出版社，2008：234—235．合龙段梁端悬臂标高的相对偏差在规定范围内．以及[2]苏权科，石国彬．桥梁施工监理方法与要点[M]．北京：人民交结构内力状态符合设计要求。通出版社，2005：265—266．为了减少合龙时箱梁线形和高差控制的难度，在[3】周水兴，何兆益，邹毅松，等．路桥施工计算手册[M]．北京：人悬浇块件浇筑前，应切实加强对0号块高程和桥梁中民交通版社．2001：284—285．心线的控制，尽量提高精度。收稿日期：2011-06—28立模高程测量的温度影响，主要是指已浇梁段受作者简介：李思胜(1965一)，男，江苏宿迁人，高级工程师，学士，主要温度影响悬臂端会产生竖向的位移，这就要求施T单从事公路工程的建设管理工作。(上接第58页)[S](试行)．北京：人民交通出版礼，1988．依据，又是加同维修过程中加强对桥梁施工安全的监[2]中交公路规划设计院．JTGD61—2005公路圬工桥涵设计规控依据_4I。范【S]．北京：人民交通版社，2005．[3】范立础．桥梁]二程：下册[M]．北京：人民交通出版社，1986：4)从该次旧桥承载能力检算评定分析中可以看出，86-117．旧桥的养护维修可以通过定期检测、检算分析等途径，[41武春山，张德成．桥梁养护与加同技术[M]．北京：人民交通m提出维修、加同、改造措施。本文以该旧混凝土拱桥承版社，2010：65—66．载能力检算评定分析的做法与同行交流。-参考文献：收稿日期：2011—05—31‘[1]交通部第二公路勘察设日桥承载能力鉴定方法储简介：喜助工程J师．硕士，主要2011牟第5期(9竹)第29巷辛荭数客川盯61'