周曉杰

（遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng)110166）

近年來(lái)我國(guó)交通事業(yè)逐步由建設(shè)期轉(zhuǎn)變?yōu)轲B(yǎng)護(hù)期，現(xiàn)階段很多公路在役橋梁修建年代久遠(yuǎn)、設(shè)計(jì)荷載等級(jí)較低，并且隨著服役時(shí)間的推移，橋梁結(jié)構(gòu)病害逐漸增加。為保證在役橋梁結(jié)構(gòu)的安全性，除對(duì)橋梁進(jìn)行外觀病害進(jìn)行調(diào)查外，還應(yīng)對(duì)橋梁材質(zhì)狀況與狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)評(píng)定，并最終對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載能力評(píng)定，給出橋梁維修、加固還是改建的合理性建議，為養(yǎng)護(hù)單位“對(duì)癥下藥”提供重要依據(jù)。

我國(guó)在2011 年11 月1 日施行《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》(JTG/T J21-2011)，原有《公路舊橋承載能力鑒定方法（試行）》[（88）公路技字11 號(hào)]同時(shí)廢止。該規(guī)程對(duì)88 年試行的方法進(jìn)行全面修訂，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)缺損狀況、材質(zhì)強(qiáng)度、鋼筋銹蝕、截面損傷等引入分項(xiàng)檢算系數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)計(jì)算進(jìn)行修正，能夠客觀評(píng)定橋梁結(jié)構(gòu)承載能力。目前，地方公路涉及諸多橋梁結(jié)構(gòu)需要提質(zhì)升級(jí)，在役橋梁結(jié)構(gòu)是否滿足現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，需對(duì)其進(jìn)行承載能力評(píng)定。為此，本文以在役橋梁為依托工程，采用該工程實(shí)測(cè)和理論材質(zhì)參數(shù)，對(duì)其在不同荷載等級(jí)、不同材質(zhì)狀態(tài)條件下進(jìn)行承載能力評(píng)定，對(duì)比分析差異。

1 工程概況

依托工程為某省道中一座中橋，建成于1990 年，跨徑組合為6×13m，跨徑總長(zhǎng)為78m，橋梁全長(zhǎng)為82.2m，交角為90°。上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土無(wú)翼緣簡(jiǎn)支空心板，每孔8 片板。板式橡膠支座。下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土雙柱式橋墩，埋置式橋臺(tái)，基礎(chǔ)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)。橋面凈寬為7.5m，左、右側(cè)各設(shè)置0.5m 寬的防撞墻，路橋同寬。橋面鋪裝為瀝青混凝土，2、4 號(hào)墩頂各設(shè)置1道型鋼伸縮縫。設(shè)計(jì)荷載等級(jí)：汽車-20 級(jí)、掛車-100。

圖1 橫向布置圖（單位：cm）

2 目的和意義

圖2 中板尺寸及主筋橫斷面圖（單位：mm）

通過(guò)對(duì)在役橋梁外觀病害調(diào)查，可以了解和掌握橋梁的總體技術(shù)狀況以及現(xiàn)有的病害狀態(tài)，并且能夠從表觀上簡(jiǎn)單分析病害的產(chǎn)生機(jī)理和發(fā)展趨勢(shì)；橋梁技術(shù)狀況評(píng)定，可以直觀的表明橋梁總體以及各部件損傷程度；橋梁材質(zhì)狀況和狀態(tài)參數(shù)的檢測(cè)評(píng)定，通過(guò)無(wú)損檢測(cè)，可以得知組成橋梁的材質(zhì)（混凝土、鋼筋等）在物理、化學(xué)方面的損傷；但歸根結(jié)底，以上檢測(cè)評(píng)定只能從單方面的去反映橋梁的損傷程度，并不能全面的直觀的從數(shù)據(jù)化方面給出橋梁承載能力是如何的，是否能夠承受現(xiàn)有的荷載等級(jí)，而不是原有的設(shè)計(jì)要求，結(jié)合以上各方面評(píng)定結(jié)果引入多項(xiàng)參數(shù)，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)承載能力進(jìn)行評(píng)定，該項(xiàng)結(jié)果會(huì)從橋梁承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩類極限狀態(tài)反映橋梁的安全性，也為養(yǎng)護(hù)部門提供準(zhǔn)確可靠的理論依據(jù)。

3 主要內(nèi)容

3.1 技術(shù)指標(biāo)

依托工程中采用13m 鋼筋混凝土簡(jiǎn)支無(wú)翼緣空心板，以橋梁中板為例，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽車-20 級(jí)、掛車-100，中板配筋以及截面尺寸如圖2、3 所示，具體各項(xiàng)材質(zhì)計(jì)算指標(biāo)見(jiàn)表1。

3.2 檢算系數(shù)的確定

3.2.1 承載能力檢算系數(shù)Z1：結(jié)合該橋表觀缺損狀況、材質(zhì)強(qiáng)度以及橋梁結(jié)構(gòu)自振頻率等的檢測(cè)評(píng)定結(jié)果確定。按《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）中7.7.1 條進(jìn)行計(jì)算，該橋上部結(jié)構(gòu)評(píng)定為4，混凝土強(qiáng)度測(cè)試評(píng)定為5，自振頻率評(píng)定為1，故承載能力檢算系數(shù)評(píng)定標(biāo)度D=3.4，查規(guī)范得出承載能力計(jì)算系數(shù)Z1=0.96。

3.2.2 承載能力惡化系數(shù)ξe：考慮了構(gòu)件缺損狀況、鋼筋保護(hù)層厚度以及混凝土強(qiáng)度和碳化狀況等影響因素，并綜合環(huán)境條件（本橋取干、濕交替，凍，無(wú)侵蝕性介質(zhì)）加以確定，該橋承載能力惡化系數(shù)ξe=0.089。

圖3 中板主筋、箍筋鋼筋構(gòu)造圖（單位：mm）

3.2.3 混凝土截面折減系數(shù)ξc：綜合考慮材料風(fēng)化、碳化、物理與化學(xué)損傷三項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)的評(píng)定標(biāo)度，得出截面損傷的綜合評(píng)定標(biāo)度R，最終確定該橋混凝土截面折減系數(shù)ξc=0.987。

3.2.4 鋼筋截面折減系數(shù)ξs：根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）中7.7.6 條，該橋空心板沿鋼筋出現(xiàn)多條裂縫，且鋼筋銹蝕引起混凝土發(fā)生層離，故鋼筋截面折減系數(shù)ξs 取0.98。

3.2.5 活載影響修正系數(shù)ξq：通過(guò)對(duì)該橋交通量計(jì)算整理，計(jì)算得出交通量影響修正系數(shù)、大噸位車輛混入影響修正系數(shù)以及軸荷分布影響修正系數(shù)，最終得出活載影響修正系數(shù)取1.00。具體交通量各項(xiàng)參數(shù)見(jiàn)表2。

3.3 工況劃分

從設(shè)計(jì)荷載等級(jí)、材質(zhì)狀況以及檢算系數(shù)三方面，對(duì)該橋進(jìn)行不同計(jì)算條件的劃分，具體工況見(jiàn)表3。

工況1、3 中系數(shù)Z1、ξe 計(jì)算時(shí)考慮混凝土強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)度為4，工況2、4 中混凝土強(qiáng)度按回彈法測(cè)試的強(qiáng)度推定值考慮，系數(shù)Z1、ξe 計(jì)算時(shí)考慮混凝土強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)度為1。工況2、4 考慮鋼筋截面折減，工況1、3 不予考慮。跨中橫向分布系數(shù)采用鉸接板梁法計(jì)算，支點(diǎn)附近采用杠桿法計(jì)算，沖擊系數(shù)按實(shí)測(cè)自振頻率計(jì)算取0.334，混凝土截面折減系數(shù)、活載影響修正系數(shù)均按實(shí)際計(jì)算值考慮，其余參數(shù)按表3 中考慮。

3.4 檢算結(jié)果

計(jì)算軟件采用橋梁博士V3.6.0，建立平面桿系有限元模型進(jìn)行計(jì)算。按工況1～4 條件分別計(jì)算持久狀況承載能力極限狀態(tài)跨中正截面抗彎承載力、距支座中心h/2 處以及箍筋間距變化處斜截面抗剪承載力。具體結(jié)果見(jiàn)表4。

表1 空心板各項(xiàng)材質(zhì)技術(shù)指標(biāo)

表2 交通量統(tǒng)計(jì)表

表3 計(jì)算工況一覽表

4 數(shù)據(jù)分析與思考

4.1 抗彎承載能力分析

通過(guò)表4 和圖4 可知：在相同荷載等級(jí)條件下，采用直接折減混凝土強(qiáng)度、鋼筋截面的參數(shù)計(jì)算得出的跨中正截面彎矩抗力值遠(yuǎn)小于只在承載能力檢算系數(shù)、惡化系數(shù)中考慮混凝土強(qiáng)度折減的抗力值，折減34.3%；在不同荷載等級(jí)條件下，（公路-Ⅰ級(jí)）荷載等級(jí)下的跨中截面彎矩效應(yīng)值較（汽車-20 級(jí)、掛車-100）荷載等級(jí)下的彎矩效應(yīng)值大18.7%。

表4 中板承載能力檢算表

圖4 中板跨中正截面抗彎承載能力對(duì)比圖

圖5 中板支點(diǎn)h/2 處斜截面抗剪承載能力對(duì)比圖

因此在空心板跨中正截面抗彎承載能力檢算時(shí)，若實(shí)際空心板砼強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)值、且鋼筋截面有折減時(shí)，應(yīng)采用實(shí)際的混凝土強(qiáng)度和折減后的鋼筋幾何參數(shù)進(jìn)行檢算，此時(shí)結(jié)構(gòu)計(jì)算最不利。

4.2 抗剪承載能力分析

通過(guò)表4 和圖5、6 可知：在相同荷載等級(jí)條件下，采用直接折減混凝土強(qiáng)度、鋼筋截面的參數(shù)計(jì)算得出的支點(diǎn)h/2 處、箍筋間距變化段處斜截面剪力抗力值小于只在承載能力檢算系數(shù)、

惡化系數(shù)中考慮混凝土強(qiáng)度折減的抗力值，折減5.2%；在不同荷載等級(jí)條件下，（公路-Ⅰ級(jí)）荷載等級(jí)下的支點(diǎn)h/2 處斜截面剪力效應(yīng)值較（汽車-20 級(jí)、掛車-100）荷載等級(jí)下剪力效應(yīng)值大46.7%，（公路-Ⅰ級(jí)）荷載等級(jí)下的箍筋間距變化段斜截面剪力效應(yīng)值較（汽車-20 級(jí)、掛車-100）荷載等級(jí)下剪力效應(yīng)值大37.1%。

因此在空心板支點(diǎn)h/2 處、箍筋間距變化段處斜截面抗剪承載能力檢算時(shí)，若實(shí)際空心板砼強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)值、且鋼筋截面有折減時(shí)，應(yīng)采用實(shí)際的混凝土強(qiáng)度和折減后的鋼筋幾何參數(shù)進(jìn)行檢算，此時(shí)結(jié)構(gòu)計(jì)算最不利。

5 結(jié)論

5.1 在鋼筋混凝土橋梁上部結(jié)構(gòu)承載能力評(píng)定時(shí)，若實(shí)際板梁砼強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)值、鋼筋截面有折減時(shí)，應(yīng)采用實(shí)際混凝土強(qiáng)度和折減后的鋼筋幾何參數(shù)進(jìn)行承載能力評(píng)定，此時(shí)結(jié)構(gòu)計(jì)算最不利。

5.2 對(duì)13m 鋼筋混凝土空心板（采用89 通規(guī)設(shè)計(jì)）而言，由汽車-20 級(jí)、掛車-100 提升至公路-Ⅰ級(jí)，支點(diǎn)附近斜截面剪力效應(yīng)值增加46.7%，跨中正截面彎矩效應(yīng)值增大18.7%，原設(shè)計(jì)抗力值與現(xiàn)荷載等級(jí)下效應(yīng)值相差較大，現(xiàn)役橋梁提載升級(jí)時(shí)應(yīng)予以充分考慮。

圖6 中板箍筋間距變化段處斜截面抗剪承載能力對(duì)比圖