在用公路桥梁承载能力检测评定分析
208
㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ Hi g hwa y s &Automotive A p p lications ㊀㊀㊀㊀㊀㊀ 总第169期㊀
㊀㊀㊀㊀㊀ 公㊀ 路㊀ 与㊀ 汽㊀ 运㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀
在用公路桥梁承载能力检测评定分析∗
2
, 陈卫全3陈照全1,
(广州市承信公路工程检验有限公司, 广东广州㊀5 114001; 2. 长沙理工大学, 湖南长沙㊀4 10004; 1.
长安大学, 陕西西安㊀7 10064) 3.
, 程“ 介绍了在用公路桥梁承载能力检测评定分析过程和方法; 通过桥梁缺损状况检查评定和桥梁/材质状况与状态参数检测评定, 确定了分项检算系数, 应用计算软件MIDAS 对桥Civil 建立模型, 梁结构进行承载能力检算评定; 根据检算结果, 通过5个静载试验工况, 对主桥的主要控制截面应变㊁ 挠度㊁ 斜拉索索力和索塔塔顶位移进行了测试, 进一步评定桥梁的承载能力㊂
关键词:桥梁; 矮塔斜拉桥; 承载力; 结构检算; 荷载试验
中图分类号:U446. 3㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ 文献标志码:A㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ 文章编号:1671-2668(2015) 04-0208-05
/摘要:以一座在用矮塔斜拉桥为例, 根据JTG 公路桥梁承载能力检测评定规T J21-2011‘
1㊀ 桥梁概况
矮塔斜拉桥是一种组合结构体系, 其力学性能介于连续梁桥和斜拉桥之间㊂ 矮塔斜拉桥主梁高度是连续梁的1/2左右, 具有纤细㊁ 柔美的美学效果,
克服了连续梁桥主梁高度过大带来的压迫感和桥梁上㊁ 下部结构不协调的弊端㊂ 由于其良好的经济特性和美学效果, 近些年在国内外得到了快速发展㊂ 某在用公路大桥建于1994年, 全长625. 61m , 桥面总宽13m , 其中行车道宽10m , 人行道宽2ˑ 其中挂梁36m ) 1. 5m ㊂ 主桥为35m+108m (+35
主桥立面见图1㊂ m 双塔双索面稀索矮塔斜拉桥,
经过长时间的营运, kN /m 2㊂ 随着车流量的增加,
桥梁病害不断增加, 承载能力日益降低㊂ 为确保桥梁安全, 为桥梁养护提供依据, 对该桥进行承载能力检测评定㊂
2㊀ 矮塔斜拉桥承载能力检算与评定
采用该桥设计荷载标准对其进行结构检算, 检㊁ 算要点主要有挂梁跨中最大正弯矩(A-A 截面) ㊁ 连续梁墩顶最大负弯矩(连续梁跨中最B-B 截面) ㊁ 大正弯矩(塔顶最大水平位移(E -E 截面) C -C , 截面) 和斜拉索最大拉力(控制截面布D-D 截面)
13#
14#
15#
16#
主梁采用先简支梁后连续的组合式部分预应力砼梁, 恒载的绝大部分为预制A 类部分预应力工字梁承受, 活载由组合式部分预应力连续梁承受㊂ 横桥向设4片工字梁, 工字梁间距3. 纵桥向设两联2m ;
71m 连续梁和一跨36m 简支挂梁㊂ 主桥索塔为H
置见图2㊂
形, 不设上横梁, 塔柱为矩形变截面的钢筋砼结构, 塔中横梁采用矩形截面, 为A 类部分预应力结构㊂ 设计荷载为汽车-20级, 挂车-100, 人群荷载3. 5
图2㊀ 矮塔斜拉桥承载能力检算位置(单位:cm )
通过对该桥进行缺损状况㊁ 材质状况与状态参数检测评定, 得到各分项检算系数:承载能力检算系
数Z 1=0.钢筋的截面折减系数ξe =0.承载99, 03,
图1㊀ 桥梁立面图(单位:cm )
能力恶化系数ξc =0.配筋砼结构的截面折减系96,
数ξs =0.实际通行汽车荷载变异的活载影响系97;
科技-2014-02-016) ∗基金项目:广东省交通运输厅科技项目(
㊀20 15年第4期
陈照全, 等:在用公路桥梁承载能力检测评定分析
㊀ 209
/数ξq =1.05㊂ 应用计算软件MIDAS Civil 建立模
, 型(见图3) 对该桥受力进行计算分析㊂ 承载能力
极限状态检算结果见表1, 正常使用极限状态检算结果见表2㊂
重新进行承载能力检算评定或直接判定桥梁承载能力是否满足要求㊂
3. 1㊀ 加载方案
针对该矮塔斜拉桥的结构受力特点, 选取图2
图3㊀ 计算模型
表1㊀ 承载能力极限状态检算结果
检算要点
检算结果作用效应作用效应抗力效应与抗力效应比值挂梁跨中最大正弯矩/(kN ㊃ m ) 2963. 55
2831. 16
1. 05连续梁墩顶最大负弯矩/(kN ㊃ m ) -3536. 60-3343. 641. 06连续梁跨中最大正弯矩/(kN ㊃ m )
1216. 231138. 991. 07塔顶最大水平位移/斜拉索最大拉力/kN
mm 472. 9. 2490
278-
9. 86
0. -
81表2㊀ 正常使用极限状态检算结果
检算要点裂缝值/规范要求是否满足
挂梁跨中处不容许否连续梁墩顶处0. mm 不容许否连续梁跨中处
0. 20. 26223811
不容许
否
检算结果表明:该桥挂梁跨中最大正弯矩㊁ 连续梁墩顶最大负弯矩㊁ 连续梁跨中最大正弯矩, 在承载能力极限状态下, 作用效应与抗力效应比值均大于1向裂缝㊂ 在正常使用极限状态下, 并都超限值㊂ 据此预判该桥主梁承载能力,
以上三处截面均出现横不满足要求㊂ 根据载能力检测评定规程JTG “ , /作用效应与抗力效应的比值T J21-2011‘
公路桥梁承为面将通过荷载试验进一步评定或直接判定该桥的承1. 0~1.2时,
应通过荷载试验评定承载能力㊂ 下载能力是否满足要求㊂
3㊀ 静载试验
静载试验是测定桥梁各控制截面在各种静力荷载工况下的应变及结构的挠度变形, 从而确定结构的实际工作性能, 并据此确定检算系数Z 2代替Z 1,
所示控制截面㊂ 荷载试验遵循如下原则:采用各控制截面内力㊁ 各控制点变形等效原则, 利用各控制截面活载影响线, 计算各试验工况下实际加载车辆的数量和布载位置㊂
对于在用桥梁, 其使用荷载变化情况复杂且长期处于各种荷载作用之下, 为使荷载试验能充分反映结构的受力特点, 一般要求采用较高的荷载试验
效率, 其取值宜为容见表3㊂
0. 95~1.05㊂ 试验加载工况和内表3㊀ 静载试验工况
试验内容静力试验结果检算结果荷载效率挂梁跨中最大正弯矩/(kN ㊃ m ) 2815. 37
2963. 55
0. 95连续梁墩顶最大负
弯矩/(kN ㊃ m ) -3395. 14-3536. 600. 96连续梁跨中最大正弯矩/(1155. 411216. 230. 95塔顶最大水平位移kN ㊃ m )
/斜拉索最大拉力/kN mm 470. 9. 1421
472. 9. 2490
0. 1. 900
53. 2㊀ 测试内容及测点布置
3. 2. 1㊀ 应变测试
为测得挂梁和连续梁各控制截面的应变, 在梁底和腹板纵桥向表面粘贴电阻式应变片, 采用北京基康静态应变测试系统进行测试, 其测试精度为
㊂ 测点布置见图㊂
1A-11
为裂缝观测点。
图4㊀ 工况1应变测点布置(单位:cm )
图5㊀ 工况2应变测点布置(单位:cm )
μ
210
㊀ ㊀㊀㊀㊀ 公㊀ 路㊀ 与㊀ 汽㊀ 运㊀㊀㊀ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀20 15年7月㊀
3. 3. 1㊀ 工况1试验结果分析
工况1下, 挂梁挠度测点布置见图7, 测试结果
应变超过20%㊂
见表4; 挂梁跨中最大正弯矩控制截面应变测点布置见图4, 测试结果见表5; 挂梁裂缝观测结果见表但既有横向裂缝有较大扩展, 卸载后基本闭合㊂
图6㊀ 工况3应变测点布置(单位:cm )
在试验过程中未见肉眼可观测到的新裂缝出现, 6,
3. 2. 2㊀ 挠度测试
挠度测点沿桥面两侧及中间布置(见图7㊁ 图8)
㊂
14#
15#
图7㊀ 14#~15#墩主跨挠度测点布置(单位:cm )
13
#
14#
图8㊀ 13#~14#墩挠度测点布置(单位:cm )
3. 2. 3㊀ 裂缝观测
对控制截面派专人查看裂缝开展情况, 如有裂缝开展, 则用裂缝宽度检测仪测量裂缝宽度及开展情况㊂ 裂缝测点布置见图3. 2. 4㊀ 索力测试4㊂
采用索力测试仪观测各级荷载作用下的索力变
化情况㊂
3. 2. 5㊀ 塔顶水平位移观测
采用全站仪的无棱镜模式观测塔身在各级荷载作用下的水平位移㊂
3. 3㊀ 试验结果分析
根据测评定规程JTG “ , /试验结果出现下列情况之一时T J21-2011‘ 公路桥梁承载能力检, 应判定桥梁承载能力不满足要求:主要测点静力荷载试验系数大于1; 主要测点相对残余变位或相对残余表4㊀ 工况1挠度测试结果实测值/测点
mm 理论
满载卸载弹性值/校验残余变实测位/%A321. 26
3. A5
A4
44. 771. 17242. 8. 14
mm
系数319. 9. 70
89
0. 91
14. A6
42. 44. 72010. 359
10. 1. 9408
4. 686
43. 940. 85846. 40. 5
490. 0079A1A7
2. 2. 4. 5194121. 340. 1. 00
14. 5. 0506
A121146. 9. 7. 581
6
1551. 54
15. 3545. 09139. 9. 870
9
0. 727325. A134. 57
A15448. 63A16
47. 30. 3. 8147. 55
46. 1. 3. 3302220640. 51. 141. 61. 3. 2261
1. 394
743. 19. 83A193. 2. 36
60. 2285
21. 49047. 834
1. 020. 0861. 90
7. 69. 17
145. 284
A2A201
663. 2. 520
82. 4341
569. 1. 816
747. 50. 83661. 261. 2215
3. 3. 7796
表5㊀ 工况1应变测试结果实测值/测点
με理论
残余/满载卸载弹性值/校验比实测A-1
59. 142. 69
56. 45
17μ
9. ε系数570. 314. %
A-255
A-3-2. 63. 2839
-0. 3. 322
7-2. 46-3A-478. 3. 8960. 81
5. A-511100. 6. 42722. 0. 331
9108. 60. 107
13
0. 0613. 060. 5A-737. 42-3. 106. 334
15-31886. 8. 6. 7873630. 2. 0. 00399
A-6-3. 70-0. 350. 586
A-9
A-81922. 1. 896
71. 1. 1176
120. 36. 8215
173. 93
0. 0799. 470. 49A-10
39. 73
3. 5. 08
3987. 47186. 70. 647
50. 3. 9153
36. 65
1876. 9. 73537
0. 20
7. 5. 780
5
㊀20 15年第4期
陈照全, 等:在用公路桥梁承载能力检测评定分析
mm 裂缝宽度0. 280. 310. 22
㊀ 211
表6㊀ 工况1裂缝宽度观测结果
荷载情况初读数一级加载二级加载
裂缝宽度0. 220. 230. 26
荷载情况三级加载四级加载卸载
数大于1和残余变位超过20%的测点, 而且挂梁为
出现横向裂缝, 直接判定该挂梁承A 类预应力砼梁, 载能力不满足要求㊂
3. 3. 2㊀ 工况2试验结果分析
连续梁墩顶最大负弯矩控制截面应㊀㊀ 工况2下,
变测点布置见图5, 测试结果见表7; 试验过程中未
发现梁体有明显肉眼可见裂缝产生㊂
结果分析:工况1挂梁挠度测试中出现校验系
实测值/εμ卸载2. 31
表7㊀ 工况2应变测试结果
测点B-5
理论值/
弹性实测-103. 57-32. 72-107. 80-115. 50-97. 4018. 87-83. 9313. 09
εμ
校验系数1. 25
残余比/%
满载-101. 26-41. 96
B-6
B-7B-9
13. 48
B-8B-10B-11B-12
-103. 57-111. 65-93. 55
-81. 6219. 64
-9. 244. 233. 853. 852. 31
0. 39
-82. 97-33. 8517. 79
0. 740. 971. 261. 060. 98
2. 2822. 024. 093. 452. 832. 86
-85. 50-85. 50-82. 50-82. 9717. 79
0. 77
1. 401. 17
3. 92
4. 12
工况2下, 连续梁墩顶最大负弯矩控㊀㊀ 结果分析:
制截面应变测试中出现校验系数大于1和残余变位超过20%的测点, 直接判定该挂梁承载能力不满足要求㊂
3. 3. 3㊀ 工况3试验结果分析
连续梁跨中挠度测点布置见图8, 测㊀㊀ 工况3下,
试结果见表8; 连续梁墩顶最大负弯矩控制截面应变测点布置见图6, 测试结果见表9; 试验过程中未
表8㊀ 工况3挠度测试结果
测点A46
实测值/mm
满载1. 04
卸载0. 21
弹性实测0. 832. 796. 91
扣除支座影响弹性值/mm
0. 002. 002. 316. 12
理论值/mm
校验系数
-残余比/%
A47A49A51
A48A50A52A53A55A54A56
8. 590. 760. 997. 25
3. 250. 46
0. 004. 422. 71
3. 720. 620. 110. 170. 33
1. 68
0. 740. 80--1. 39
20. 1914. 1519. 56
0. 65
3. 10
2. 322. 638. 81
0. 826. 311. 99
0. 000. 005. 500. 007. 237. 121. 501. 18
0. 000. 004. 422. 71
2. 9016. 6714. 4717. 1712. 9712. 1717. 898. 746. 3814. 22
0. 940. 320. 170. 77
0. 440. 521. 22-1. 24
0. 950. 787. 92
2. 31
A578. 460. 54
8. 04
0. 005. 935. 93
2. 90
1. 20
212
㊀ ㊀㊀㊀㊀ 公㊀ 路㊀ 与㊀ 汽㊀ 运㊀㊀㊀ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀20 15年7月㊀
表9㊀ 工况3应变测试结果测点实测值/卸载με理论
校验
残余满载弹性实测值/比/E-5
E-6
46. 0. 0. 0046. 66. μ
ε系数0. E-7596. 206. 264
10. 7007520195. 16. 444. 64
34. 8277
0. 1. 6599
1. 00%E-9
E-810. 90889. 1. 07
0. 0037
E-10
1125. 57. 41
8. 8252
0. 511. 3196
1527. 7. 344
89. 901. 7
69. 906. 901. 3077
0. 842
0. 0. 44
61. 3097发现梁体有明显肉眼可见裂缝产生㊂
结果分析:工况现校验系数大于1和残余变位超过3下, 连续梁跨中挠度测试中出
20%的测点, 跨中最大负弯矩控制截面测试中出现校验系数大于的测点, 直接判定该挂梁承载能力不满足要求㊂
13. 3. 4㊀ 塔顶最大水平位移试验结果分析
在工况4荷载作用下, 塔顶水平位移测试结果见表为mm 2. 1, 则塔顶弹性水平位移量为605㊂ ㊁ 4. 在各级荷载作用下76㊁ 7. 50㊁ 7. 77mm , 塔顶水平位移量分别, 卸6. 54载残mm 余,
量小于理论为1. 23值(9. 9mm )
, 满足要求㊂ 表10㊀ 工况4下塔顶水平位移
mm 荷载情况水平位移荷载情况水平位移一级加载四级加载二级加载7. 三级加载
4. 2. 7. 76565
卸载
1. 7273
3. 3. 5㊀ 斜拉索最大拉力试验结果分析在工况4荷载作用下, 索力测试结果见表D-D 截面处吊杆最大实测索力增量为11小于理论计算索力增量(余量较小, 吊杆处于弹性工作状态472. 2kN , ) 满足设计荷载等, 卸载后相对残469. 1kN ㊂ , 级正常使用要求㊂
表11㊀ 斜拉索索力测试结果
kN
各试验荷载情况下的索力
测点编号
一级二级三级四级加载
加载加载加载卸载D1
D21108. 523102. 263856. 746409. 16. 1461. 38. 93
258. 0254. 62. 68. 41
371. 9. 2432. 58
409. 98. 9D34D4
456. 9. 25
11. 8. 28
4㊀ 结论
状态检(1) 算挂梁和, 作用效连续应梁大控于制抗截力面效,
应经且承超载过能幅力极度限在20%以内;
经正常使用极限状态检算, 裂缝超限, 表明该桥主梁结构存在不满足要求的可能性㊂ 在此条件下, 考虑到按规范检算时材质参数取值留有一定的安全储备, 为充分发挥在用桥梁的承载能力, 应通过荷载试验进一步评定其承载能力㊂ 通过荷载试验, 该桥主梁主要控制截面测点静力荷载试验结构校验系数大于状况; 主要控制截面测点发生超过1, 表明主梁实际工作状况差于理, 主梁在试验荷载作用下有较20%的相对残余论应变及结构裂缝超限大的不可恢复应变, 表明结构实际状况与理想状况相比偏于不安全㊂ 综合检算和荷载试验结果, 判定该桥主梁结构承载能力不满足要求㊂
量为(2) 塔顶水平位水平位移性能良好6. 54, 在试验荷载作用下不可恢复变位较小mm , 小于理论值移卸载9. 残9余mm 量较, 表明索塔刚度小, , 基本处于弹性受力状态, 承载能力满足要求㊂ 理论计算索力增量(3) 吊杆最大实测索力增量为力效应, 有足够的安全储备472. 2kN ㊂ , 卸载后相对残余量较且远小于吊杆最大抗469. 1kN , 小于小, 基本处于弹性工作状态, 承载能力满足要求㊂ 参考文献:
[1]㊀JTG [S ]/.
T J21-2011, 公路桥梁承载能力检测评定规程[2]㊀ 李书华, 张福祥, 陈磊应用[. 静载试验在既有桥梁鉴定中的[3]㊀ 宋一凡J ]. . 华北地震科学, 公路桥梁荷载试2008验与, 结26构(3评) . 定[民交通出版社, M ]. 北京:人[[45]]㊀JTG ㊀ 王鼎国/T , D6袁海5-0庆12002.
, -2007陈开利, . 公路斜拉桥设计细则桥梁检测与加固[M []S . ]北.
京:人民交通出版社, [6]㊀ 司金金桥梁静荷2003. 载试验分析[交通科技与经济, 2010(6. J ]. [7]㊀ 张西强,
) 陈慧.
, 齐杰慧能力评定方法[J ].
重. 新规范下公路混凝土梁桥承载庆交通大学学报:自然科学版, [8]㊀ 20马亚丽13, 32,
(王东2) . 威, 赵卓. 既有预应力混凝土空心板桥承载力的检测与评定[J ]. 公路交通科技, 2008, 25(8) .
收稿日期:2015-03-20