既有桥梁承载能力评定方法的探讨.pdf

'第40卷，第1期公路工程Vo1．4O．No．12015年2月HighwayEngineeringFeb．，2015既有桥梁承载能力评定方法的探讨龚江烈，周阳帆(1．湖南省交通科学研究院，湖南长沙410015；2．长沙市路桥征费维护管理处，湖南长沙410013)【摘要]简述了当前国内外对既有桥梁承载能力进行评定的主要手段和方法，并进一步阐述了各方法的适用条件及范围，结合笔者的工作经验，对现行评定规程中存在的问题与不足作了较为详实的研究与探讨，提出了基于自振频率的原始指纹评定法，该评定方法操作性强、快捷适用，但也存在一些不足。以5座钢筋混凝土梁桥为例，验证了该方法的准确性、适用性，提出了一些建议，以供桥梁检测工作者、工程建设及桥梁养管部门参考。[关键词]既有桥梁；承载能力；检算与评定；探讨[中图分类号]U446．3[文献标识码]A[文章编号]1674—0610(2015)0l_0201—04DiscussionAboutEvaluationMethodoftheExistingBridgeBearingCapacityG0NGJianglie‘．ZHOUYangfan(1．HunanCommunicationsResearchInstitute，Changsha，Hunan410015，China；2．TheRoadandBridgeMaintenanceandManagementOficeofChangsha，Changshe，Hunan410013，China)[Abstract]Thispaperdescribesthemaincurrentmeansandmethodsofassessmentofthebridgebearingcapacityindomesticandabroad，andfurtherexpoundstheapplicableconditionsandscopeofeachmethod．Accordingtoauthors’workexperience，itstudiedindetailanddiscussedtheproblemsandshortcomingsinthecurrentspecification，thenitpresentstheoriginalfingerprintevaluationmethodbasedonself．oscillationfrequency，whichisworkableandapplicable，althoughthismethodstillhasalsosomedisadvantages．ThispapertakesfiveRCbeambridgesasanexampletoverifytheaccuracyandapplicabil—ityofthemethod；putforwardsomesuggestionsforbridgeinspectiontechnicians，engineeringconstructionandbridgemaintenanceandadministrationdepartmentsasareference．[Keywords]theexistingbridge；bearingcapacity；checkandevaluate；discuss沉陷及水平位移等病害及缺陷，由具有丰富工程经O引言验的专家引入不大于1．2的检算系数进行结构强度如何准确、客观的评定既有桥梁的承载能力是和稳定性的检算。这种方法是我国“十二五”之前一个世界性的课题，国内外的学者和研究人员对既主要采用的评定方法，依据为1988年交通部第二公有桥梁承载能力的评定方法作了大量的研究工作，路勘察设计院主编的《公路旧桥承载能力鉴定方法提出了许多承载力评定方法，这些评定方法都具备(试行)》。该方法受评定专家主观因素影响较大，一定的实用价值及适用范围，但尚不够完善和成熟。检算系数评定标准难以把握，检测结果无法定量化应用，且检算方法等方面规定的过于原则，评定指标l国内外桥梁承载能力评定的方法单一，可操作性差，缺乏统一的评定标准。目前国内外普遍采用的既有桥梁承载能力的评b．承载能力衰减时变模型评定法：该方法考定方法主要包括：虑混凝土强度、碳化深度、钢筋锈蚀程度等结构耐久a．基于外观调查的经验法⋯：这种方法主要是性参数的时变模型，建立了不同损伤程度的桥梁承根据现场调查资料获取桥梁存在的裂缝、挠度、桥台载能力的衰减模型，为评定旧桥的承载能力和预测【收稿日期】2014—07—16[作者简介]龚江烈(1982一)，男，湖北松滋人，硕士研究生，T程师，主要桥梁1程检测与科研T作。 202公路工程40卷桥梁的剩余寿命提供了依据。同时，该方法对于碳限性，在桥梁承载能力评定因素中占有重要地位的化深度、混凝土强度、钢筋强度以及与混凝土的粘结有效预应力及灌浆饱满度尚不能有效的检测，而规性能等取值范围较粗糙，且对不同地区、不同桥型结程中对这一因素也尚未考虑。构的适用性尚有待进一步研究。￡基于原始指纹评定法：桥梁建成时，对桥c．现场荷载试验评定法：该方法的优点是客梁进行详细的检测，得到丰富的资料，此时的状态可观、准确，能够直接得出桥梁在荷载作用下的结构校以当成结构的初始状态，即原始指纹。原始指纹可验系数，从而推断出桥梁的安全储备区间。但该方以作为以后结构的参照标准，在对桥梁进行承载能法通常规模较大，耗费时间较长，资金较大，需要较力评定时，可将详细检测得到的结果与相应的原始长时间封闭交通，甚至有可能对结构造成新的损伤。指纹进行比较，并参考参数随时间的衰减模型从而且其反映的是结构的短期行为，结构的极限性能、疲判断结构的剩余承载能力。该方法直接将检测结果劳特性、耐久性检测指标等因素的作用不能通过该与初始状态进行对比，以判定结构的损伤程度，概念方法获取。清楚，思路明确，也避免了因计算模型与实际结构存d．基于动测参数的评定法：这种方法通过测在差异而导致的计算结果失真。但初始状态调查就试结构在荷载、激振或脉动作用下结构产生的动态显得特别重要，需要耗费大量的精力进行详细客观响应，如振幅、自振频率、振型等来评定结构的承载的检测，而且承载能力随检测参数的衰减关系尚不能力。动测法接近桥梁结构的实际运营状态，能够明确。较好的反映结构在动荷载作用下的力学性能和受力2本文推荐采用的评定方法状况。然而目前在动测评定法上还没有比较完善、合理、简洁的方法。也没有建立起动测特征参数与2．1基于自振频率的原始指纹法承载能力相关的计算模型。鉴于当前既有桥梁承载能力评定方法的多样性e．基于检测结果定量化的评定法：该方法在原及各自的局限性，寻找一种普遍适用、操作性强、客《公路旧桥承载能力鉴定方法(试行)》的基础上全观准确的评定方法是各国目前承载能力评定研究工面修订编制了《公路桥梁承载能力检测评定规程》作的首要任务。(JTG／TJ2l一2011)。相比而言，该种方法在检算系影响桥梁承载能力的因素很多，施工造成的初数z取值上同时考虑缺损状况、材质强度、自振频始缺陷、预应力的损失、混凝土的碳化、钢筋的锈蚀、率的影响，对配筋混凝土桥梁亦考虑耐久性的作用预应力管道灌浆的饱满程度等等，都会或多或少的而引人承载能力恶化系数及截面折减系数的影响，导致结构承载能力的降低，但是要建立各影响因素提高了桥梁承载能力评定的客观性和操作性，且这与结构承载能力之间的准确关系，则仍需做大量的些系数直接来源于检测结果，具体、量化、明确、标准研究与试验工作。但无论哪种病害或缺陷，必会引统一。同时，该方法亦存在明显不足：①构件的材起结构强度与刚度的降低。实际上，混凝土的碳化质强度的判定，采用回弹法、超声回弹法、钻取芯样表面上是造成结构的强度减小，但随着碳化的程度，法等得到的结果往往差异较大。②考虑检算系数z．伴随其抗压强度降低的同时，其弹性模量亦随之减的评定标度时，通过实测自振频率与理论计算频率小，最终还是导致结构刚度的降低。那么只要掌握的比值确定该分项标度，而由于施工原因及计算模其病害与结构刚度的衰减模型，即可得到其承载能型的几何尺寸、边界条件和实际结构的差异，自振频力的变化规律。而其刚度的衰减规律可直接由结构率的理论值往往大于实测值。③活荷载影响修正系的动测参数来确定。故本文推荐采用基于自振频率数精确计算操作起来比较困难，且需耗费大量的人的原始指纹法来判定结构的承载能力。力、物力、财力进行交通流量调查与分析。④考虑耐2．2评定方法的基本程序久性影响而检测的构件强度、碳化深度、钢筋锈蚀程①建立结构承载能力与自振频率的原始指纹，度、钢筋保护层厚度、氯离子含量、电阻率所选取的即桥梁建成通车进行交工验收时，通过静载试验获测区能否真实代表整个构件的情况有待商榷。⑤规取结构主要测点的校验系数，并按照《公路桥梁承程主要是针对钢筋混凝土桥梁，对钢一混凝土组合载能力检测评定规程》(JTG／TJ2l一2【)l1)第8．3．2结构，如钢管混凝土拱桥、斜抟桥、悬索桥等尚有诸条确定检算系数z，并将z代替z．按规程确定结多未明确的地方。⑥鉴于当前检测手段和1方法的局构的初始承载能力R．。通过脉动试验可以得到结 第1期龚江烈，等：既有桥梁承载能力评定方法的探讨203构的初始自振频率。将初始承载能力与初始自振3工程实例应用频率作为结构的原始指纹，进行存档。②当桥梁收到损伤、缺陷或因其他原因需要进对娄底至新化高速公路上五座钢筋混凝土梁桥行剩余承载能力评定时，采用动测法测试结构损伤进行了承载能力评定，分别按《公路桥梁承载能力后的自振频率，并与初始自振频率．进行对比，确检测评定规程》(JTG／TJ21—2011)所采用的方法与f本文所推荐的方法各自进行承载能力评定，所得的定结构的承载能力折减系数K=_J2。l结果见表1。③评定结构的剩余承载能力R=~／·R。。表1承载能力评定系数计算表Table1Thevalueofbearingcapacityassessmentfactor2．3该评定方法的优劣基于自振频率的原始指纹评定方法操作简单，力学概念清晰，且得到的初始承载能力和自振频率为结构的真实状态，相比以前的各种评定方法，具有以下特点及优势：①由于施工中的众多因素，比如预应力张拉是否到位、钢管灌注混凝土的密实程度等使得结构的真实值与理论模型的计算结果存在较大的差异，该方法较好的避免了因计算模型失真导致的判定结果的偏差。②克服了目前检测手段的尚不完备及局限性，比如预应力钢筋的有效预应力、预应力孔洞及钢管灌注混凝土的饱满度、斜拉索的锈表1的计算结果表明：zI／z的比值与基本蚀程度等尚没有较好的检测方法来检定结构的损伤呈线性关系，即既有梁桥的承载能力评定时，折减系程度，而该方法直接跳过检测这一步直接建立刚度数取值为是合适的。zI／z与的曲线关系如与承载力的关系，因为这些损伤最终表现为刚度的图1所示，并向前后各进行一个周期的延拓。下降。③除获取结构的初始状态需进行荷载试验外，后续检测、评定时只要得到结构的自振频率即1．61．4可，操作快捷、方便，而荷载试验又是结构交工验收1．21所必须测试的项目，故该评定方法更加简便。N_0．8当然，此方法中亦存在诸多值得商榷的之处：N0．60．4①通过荷载试验获取结构的初始状态时，校验系数0．2与检算系数的对应关系较粗糙，对于不同的桥型0结构、不同的加载方式所获取的校验系数差别较大，K图1Z，／Z：与曲线关系图而规程采用统一的对应关系，其适用性还有待研究。Figure1ThegraphofZl／Z2andK②本方法所采用的模型为承载力的衰减与自振频率的衰减呈幂级数关系，物理概念清晰，但两者的相关4结论性还尚缺乏足够的证据，由于目前的研究资料有限，①既有桥梁的承载能力评定方法较多，这些评承载力与自振频率各自的衰减模型将有待更加深入定方法均有各自的适用范围和条件，尚不够完善和的研究。③对于钢筋混凝土梁桥、污工拱桥，通过脉成熟。动试验获取结构的自振频率已经获得比较成熟的经验。但当桥型结构较复杂时，比如斜拉桥、钢管混凝②本文推荐的评定方法对钢筋混凝土梁桥的评定结果与规程所得到的结果吻合较好，但对于其土拱桥、悬索桥等，测试结构的自振频率手段还不统一他桥型的结构是否能较好吻合，还需更多的研究。，不同的测试方法往往得到不同的结果，即使是同一种方法，采取不同的测试方式，得到的结果也差异③由于动测法操作简便、规模较小，获取结构较大，如何得到桥型较复杂的结构的自振频率，仍需的动测参数客观、适用，且不用中断交通，是一种较做大量的研究和测试工作。实用、严谨的评定方法，但动测参数与承载能力之间的关系尚待更加深入的研究。 204；；公[路工程40卷l234567j；][8]侯旭．旧桥承载能力评价探讨[J]．森林T程，2002，l8(3)：38—45．【参考文献][9]孙学峰．公路桥梁承载能力评定方法探讨[J]．辽宁省交通高交通运输部第二公路勘察设计院．公路旧桥承载能力鉴定方等专科学校学报，2014，16(1)：28—30．法(试行)[s]．北京：人民交通m版社，1998．[10]薛文．关于桥梁承载能力评定方法的探讨[J]．河北T业大胡柏学，谢海秋，杨春林．服役钢筋砼桥梁承载能力衰减研究学成人教育学院学报，2001，16(2)：33—36．[J]．中南公路T程，2004，29(3)：38—44．[11]徐文平，杨梓．既有混凝土桥梁承载能力鉴定标准的研讨王定文．运用振型评定既有钢筋混凝土桥梁承载力[J]．中国[J]．城市道桥与防洪，2010(10)：l74一l76．铁道科学，2000，2l(4)：73—77．[12]张宇峰，徐文平，杜朝伟，等．中美公路桥梁承载能力评定方交通运输部公路局．公路桥梁养护T程师培训资料[M]．北法对比研究[J]．现代交通技术，2007，4(4)：39—43．京：人民交通m版社，2010．[13]孙全胜．旧桥承载力模型及仿真系统的研究[D]．北京：北JTG／TJ2l一201l，公路桥梁承载能力检测评定规程[S]．京T业大学土木T程系，2007．张劲泉．我国公路桥梁承载能力检测评定技术的现状与发展[14]倪宝伟．公路桥梁承载力评估方法研究[D]．上海：同济大[A]．2005中外桥梁病害诊治大会论文集[c]．北京：人民交学土木T程系．2009．通出版社，2005：97—103．[15]胡开建．预应力混凝土旧桥承载能力评定方法研究[D]．杭马习亮．桥梁承载能力的评定方法分析[J]．科技信息，2009州：浙江大学土木T程系，2012．(24)：299—300．i二(上接第200页)张启明．钢筋保护层厚度的测试及主要影响因素分析[J]．河南科学，2010(2)．果与实际值的误差率均较小，最大仅1．4％。韩岩青．沿海混凝土结构保护层厚度控制与耐久性影响分析③现场测试表明，率定公式修正值与凿孔量测[D]．青岛：青岛理T大学，2012．值基本相同，率定公式计算结果准确，可以用于测定JGJ／T152—2008，混凝土中钢筋检测技术规程[S]．桥梁分布钢筋保护层厚度的工程实际。苏晋鹏．钢筋保护层厚度检测分析与探讨[J]．建筑技术，④为提高率定公式修正精度，室内率定试验所2006，37(1)：67—68．采用的材料和钢筋分布需与现场测试构件尽可能一姜英波，姜珂．混凝土保护层厚度检测的试验分析[J]．一f业建致。筑，2006，36(4)：68—69．赵晖，吴晓明，刘冠国，等．钢筋混凝土保护层厚度检测精度的⑤论文的计算公式仅通过25mT梁得出，对于影响因素[J]．无损检测，2009，31(7)：55I一553．其它长度的T梁的保护层厚度的测试修正，有待于刁传苏．浅谈钢筋保护层厚度检测技术与方法[J1．公路交通进一步验证分析。科技(应用技术版)，2013，107(6)：153—156．[参考文献]Jrj270—98，水运_r程混凝土试验规程[s]．'