胥文煊

摘要： 提出了橋梁承載力演變理論，并將該理論概括為 4 個階段：承載力耗散階段、承載力衰變階段、承載力潰損階段和承載力提升階段；對各階段的科學定義、性態(tài)特征、影響因素、效應度量、構模體系及量化分析作了概化，可為已成橋的技術評價和改造利用提供理論依據(jù)與應用借鑒.

關鍵詞： 橋梁工程；承載力演變理論；概化；耗散；衰變；潰損

Abstract: the bearing capacity of the bridge is put forward the evolution theory, and the theoretical generalization for four stages: dissipative stage, bearing capacity of the bearing capacity of decay stage, crushing loss stage and bearing capacity of the bearing capacity of ascension stage; In each stage of scientific definition, characteristics of state, influence factors, effect measures, modeling system and the quantitative analysis of the generalized, the technology has already become the bridge evaluation and reconstruction of providing the theoretic basis and the reference for application.

Keywords: bridge engineering; Bearing capacity evolution theory; Generalized; Dissipative; Decay; Crushing loss

中圖分類號：K928.78文獻標識碼：A 文章編號：

前言：在現(xiàn)有路網(wǎng)中，舊橋為數(shù)眾多，舊橋承載力的評價和維護改造是道路運營管理過程中的重要環(huán)節(jié).按現(xiàn)有橋梁承載力評定程序和方法，需要對待評的大量橋梁逐一進行加載測試，工作量巨大，不但難以有效實現(xiàn)且費用昂貴.要客觀而準確地對橋梁承載力進行評定，必須全面科學地建樹橋梁承載力的理念. 所謂橋梁承載力是指橋梁在服役期限內(nèi)某一考察時刻對使用功能荷載和環(huán)境災害性荷載的綜合承受與抵御能力. 由此，定義了橋梁在服役期限內(nèi)不同時刻有不同的承載力，即承載力遵循著隨使用年限而逐漸衰變的總體變化趨勢；但若在某一時刻對橋梁實施技術改造，以使其結構性能得以改善和增強，則橋梁承載力將在改造后相應獲得提升.總之，橋梁承載力將隨時間歷經(jīng)增減變化的過程和趨勢. 這種變化我們可以用“演變”來加以概化. 因此，橋梁由建成投入運營直至加固維護和最終退役全過程承載力的變化理論，可統(tǒng)稱為“橋梁承載力演變理論”.

新橋建成，按設計要求旨意，將具有較多的安全儲備，也即具有富余的承載力，但隨著使用年限的延移，將開始呈現(xiàn)明顯病態(tài)，在這長過程中，富余的承載力被消耗掉了，我們稱這個區(qū)段為“承載力耗散階段”；自橋梁出現(xiàn)病害直至舊危橋，對安全營運構成威脅之前的這個階段，稱為“承載力衰變階段”；當橋梁在使用功能荷載或環(huán)境災害性荷載協(xié)迫下，喪失結構承載功能，或從根本上改變橋梁結構體系而成為危形結構，導致嚴重破壞或垮塌的這個短暫階段，稱為“承載力潰損階段”；當對舊橋為滿足使用要求，加以再利用，而進行技術加固、維護或改造，從而提高了原橋的承載力，將這個階段稱為“承載力提升階段”.基于以上的概化分析，將“橋梁承載力演變理論”的演變軌跡劃分為以下 4 個階段：即①承載力耗散階段；②承載力衰變階段；③承載力潰損階段；④承載力提升階段.

1 承載力耗散階段

1. 1 承載力耗散的定義

橋梁新建后投入營運，至開始出現(xiàn)宏觀的、可洞察其明顯損傷病害之前臨界的這個階段，將安全度取值較高、偏于富裕的承載力被“消耗”掉，稱這個階段為“承載力耗散階段”.

1. 2 耗散階段橋梁的性態(tài)特征

新橋建成后，在較長的營運過程，橋梁性態(tài)一般較為良好，變形小、行車平穩(wěn)舒適，隨著使用年限的增加，橋梁的良好使用性態(tài)將逐步減退，主要表現(xiàn)在結構變形逐漸增加，位移加大，內(nèi)部缺陷擴展，動力效應加劇，懸吊橋梁體系出現(xiàn)張馳不均衡現(xiàn)象. 使橋梁主要承力構件強度降低. 由于這些性態(tài)演變而影響到行車和使用的舒適性. 隨著上述性態(tài)的變異，將促使橋梁病害的形成和加劇. 從而使富裕的承載力逐漸被耗散掉.

1. 3 承載力耗散的影響因素

影響承載力耗散的因素較多，而且也較為復雜，難以定量描述. 其因素既有結構本身原因，也有來至環(huán)境的影響，既有設計施工材料前期缺陷，也有維護管理后期影響. 概括起來由下列因素確定：

1）構件早期內(nèi)部缺陷及其發(fā)展；

2）重復荷載疲勞累計效應；

3）砼收縮徐變效應；

4）水、溫、氣環(huán)境腐蝕效應；

5）超負荷使用或管理維護不善等.

2 承載力衰變階段

2. 1 承載力衰變的定義

繼橋梁承載力耗散至富余承載力趨于耗盡之臨界，再繼續(xù)演變，則橋梁由于累計損傷，而顯現(xiàn)出明顯的病害特征，因此，賦予橋梁承載力衰變的定義是：橋梁開始出現(xiàn)可宏觀直覺的病害特征，到逐漸衰變，直至老舊破損、使用功能趨于警戒狀態(tài)的這個階段稱為“承載力衰變階段”.

2. 2 承載力衰變的主要特征

2. 2. 1 承載力衰變的外部特征

橋梁病害的加劇是承載力衰變的外部特征. 由于橋梁損傷的積累與超負荷運行，由于外部環(huán)境對橋梁的嚴重侵蝕，使得橋梁承力的主要構件裂縫擴展，砼碳化和鋼筋銹蝕加劇，從而表現(xiàn)出橋梁衰變的外部特征.

2. 2. 2 承載力衰變的力學行為特征

橋梁衰變的力學行為特征是：橋梁整體或主要承力構部件產(chǎn)生較大的位移和變形，控制截面承受應力極限有明顯的降低，出現(xiàn)了難以恢復的撓度和變位，橋梁動力效應顯著，以至引起構件局部受力體系的改變等等.

2. 2. 3 承載力衰變的使用效能特征

當橋梁處在承載力衰變過程，在營運中將明顯地影響行車的舒適性，橋梁振動加劇，使行車速率、載重量、車輛通行能力將受到較大影響，嚴重者將危及行車的安全性.

2. 3 承載力衰變的主要影響因素

引起橋梁承載力衰變的主要因素有：

1）砼裂縫的擴展；

2）砼碳化與剝落；

3）鋼筋銹蝕加??；

4）鋼筋砼粘結抗撥力減退；

5）承力構件損傷與變形；

6）石料風化、脫落與錯位；

7）懸吊體系腐蝕、松馳與老化等.

3 承載力潰損階段

3. 1 承載力潰損的定義

橋梁結構趨于危形體系或臨近破壞垮塌，喪失承載作用的非安全極限狀態(tài)的短暫階段，稱為“承載力潰損階段”.處于承載力潰損階段的橋梁是已經(jīng)發(fā)生局部事故或臨近重大事故的邊緣，或已出現(xiàn)急發(fā)事故的前兆期，無論何種狀況均是十分危險的階段.

3. 2 橋梁潰損的形成條件及表現(xiàn)特征

3. 2. 1 承重結構體系改變體系改變是導致橋梁潰損垮塌的危險狀態(tài)，分述如下：

1）桿系結構 4 鉸體系的形式：如 3 鉸拱式體系，因砼施工分期澆筑，在使用中某些剛性接頭位置出現(xiàn)塑性鉸，變?yōu)?4 鉸危形體系.

2）靜定結構局部承壓桿件的破壞：如靜定桁架體系，其中只要有一桿喪失作用，則變成可變結構而垮塌.

3）懸吊中、下承式系桿拱拉桿斷裂，這種系桿拱式體系，由于系桿斷裂會導致橋梁局部或整體垮塌.

4）梁式或拱式體系受彎性態(tài)的演變：梁式體系受彎狀態(tài)的改變、拱式體系拱上承重荷載的突變，都將導致結構彎曲性態(tài)極大改變，甚至出現(xiàn)垮塌事故.

4 承載力提升階段

4. 1 承載力提升的定義

對尚未出現(xiàn)橋梁潰損以前的舊橋衰變期，通過承載力評定及加固維護技術實施，從而提高其結構使用性能，對舊危橋的再利用階段稱為“承載力提升階段”.

4. 2 承載力提升原理及可能性

4. 2. 1 承載力提升原理

當橋梁結構對使用功能荷載、抗御各種災害性荷載的承受能力不足或安全程度不夠時，則必須提升其承載力. 承載力提升的原理是增強與提高結構整體的剛度、強度與穩(wěn)定性，達到足以承受交通負荷需求和抵御各種環(huán)境災害破壞的綜合能力.

4. 2. 2 承載力提升的可能性

結構設計不可能對各構部件做到等強度和等剛度. 使其主要各承力和傳力部分總會呈現(xiàn)性態(tài)不同的薄弱部位，對薄弱部位的加強是必要和可能的，其可能的加強方式主要有：①增大構件截面尺寸；

②加強和改變斷面型式；③變更結構體系；④增強構部件聯(lián)系，加強結構整體剛度；⑤調(diào)整結構自重、使應力和變形趨于合理分布等等.

4. 3 承載力提升的策略步驟

1）對不同體系利用程度及增強部位的結構分析；

2）以使用性能為目標對備用加固方案的自動生成；

3）綜合考慮使用功能與環(huán)境因素對方案的優(yōu)選評價；

4）加固工程數(shù)量、材料及費用模型的生成與量化.

4. 4 承載力提升效果的判定與預測

對加固改造后橋梁承載力的實際提升效果必須跟蹤測評，進行結構分析與性態(tài)仿真，必要時也可通過加載試驗以驗證其提升效果. 對未來重新利用期間橋梁承載力演變趨勢也應進行必要的分析預測，以發(fā)揮其安全營運效能，力圖延長其使用壽命，提高其經(jīng)濟和社會效益.

5 結 語

筆者僅概略地提出和概化了橋梁承載力演變理論體系，本文內(nèi)容和觀點，倘有疏漏和謬誤之處，懇請同行專家不吝指正，力求使該理論日臻完善.

參考文獻：

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