張西強(qiáng),陳 慧,齊杰慧
(1.中交路橋技術(shù)有限公司,北京 100018;2.北京深華達(dá)交通工程檢測(cè)有限公司,北京 102208)
新規(guī)范下公路混凝土梁橋承載能力評(píng)定方法
張西強(qiáng)1,陳 慧2,齊杰慧1
(1.中交路橋技術(shù)有限公司,北京 100018;2.北京深華達(dá)交通工程檢測(cè)有限公司,北京 102208)
介紹了新規(guī)范下現(xiàn)役公路混凝土梁橋承載能力檢測(cè)評(píng)定辦法。該辦法主要是根據(jù)橋梁檢測(cè)結(jié)果,采用引入分項(xiàng)檢算系數(shù)修正極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式的方法進(jìn)行承載力評(píng)定,提高了橋梁承載力評(píng)定客觀性和可操作性。
公路混凝土梁橋;承載能力;檢測(cè)評(píng)定;橋梁檢測(cè);檢算系數(shù)
中華人民共和國(guó)交通部運(yùn)輸部于2011年10月8日發(fā)布了JTG/T J 21—2011《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》)[1],相對(duì)于舊的橋梁承載能力評(píng)定方法,新規(guī)程主要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了修訂[1-2]:①增加了適用范圍,增加了鋼結(jié)構(gòu)的承載力檢測(cè)評(píng)定;②充分利用了橋梁檢查、檢測(cè)和荷載試驗(yàn)成果,與現(xiàn)有養(yǎng)護(hù)規(guī)范進(jìn)行了銜接;③橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定根據(jù)實(shí)際檢測(cè)結(jié)果引入反映橋梁實(shí)際工作狀況的分項(xiàng)系數(shù),使承載能力檢測(cè)評(píng)定結(jié)果更能接近橋梁的實(shí)際狀況;④在橋梁結(jié)構(gòu)檢算方面分橋型給出了結(jié)構(gòu)檢算分析方法;⑤橋梁荷載試驗(yàn)部分主要增加了動(dòng)力荷載試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)分析,并對(duì)靜力荷載試驗(yàn)部分參數(shù)取值和試驗(yàn)工況進(jìn)行了局部調(diào)整。
該規(guī)程重點(diǎn)解決了檢測(cè)結(jié)果的量化問(wèn)題,根據(jù)橋梁檢測(cè)結(jié)果,采用引入分項(xiàng)檢算系數(shù)修正極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式的方法進(jìn)行承載力評(píng)定,提高了橋梁承載力評(píng)定客觀性和可操作性,對(duì)我國(guó)地橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定工作具有一定的指導(dǎo)意義。
1)技術(shù)狀況等級(jí)為四、五類橋梁;
2)擬提高荷載等級(jí)橋梁;
3)需要通過(guò)特殊重型車輛荷載的橋梁;
4)遭受重大自然災(zāi)害或意外事件的橋梁。
1)橋梁缺損狀況檢查評(píng)定;
2)橋梁材質(zhì)狀況與狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)評(píng)定;
3)橋梁承載能力檢算評(píng)定;
4)必要時(shí)進(jìn)行荷載試驗(yàn)評(píng)定;
5)檢測(cè)評(píng)定報(bào)告編制。
對(duì)于多跨或多孔橋梁,在選擇承載能力檢測(cè)評(píng)定對(duì)象時(shí),在結(jié)構(gòu)形式上應(yīng)體現(xiàn)具有代表性原則,選擇最具代表性的或最不利的橋跨進(jìn)行詳細(xì)檢查,進(jìn)行承載能力檢測(cè)評(píng)定。在結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況和結(jié)構(gòu)受力上體現(xiàn)最不利原則。
橋梁承載能力檢算評(píng)定技術(shù)參數(shù),宜根據(jù)竣工資料或設(shè)計(jì)文件按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范取用。對(duì)缺失技術(shù)資料橋梁,可根據(jù)橋梁檢測(cè)資料,結(jié)合參考同年代類似橋梁設(shè)計(jì)文件或標(biāo)準(zhǔn)定型圖采用。評(píng)定程序如圖1。
圖1 公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定程序Fig.1 Procedure for inspection and evaluation of carrying capacity of highway bridges
橋梁缺損狀況檢查評(píng)定[3-4]主要參照現(xiàn)行橋梁檢測(cè)養(yǎng)護(hù)規(guī)范和技術(shù)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),針對(duì)所選擇的承載能力檢測(cè)評(píng)定橋跨實(shí)施。重點(diǎn)檢查記錄結(jié)構(gòu)或構(gòu)件缺損的類別、范圍、分布特征和嚴(yán)重程度,并推斷其發(fā)展變化趨勢(shì)及其可能造成不利影響,進(jìn)而評(píng)定其技術(shù)狀況等級(jí)并最終確定缺損狀況評(píng)定標(biāo)度值。
橋面系、上部和下部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況等級(jí)為1~5級(jí),對(duì)應(yīng)的缺損狀況評(píng)定標(biāo)度值為1~5。
橋梁結(jié)構(gòu)幾何形態(tài)參數(shù)主要是橋跨結(jié)構(gòu)縱向線形和墩(臺(tái))頂?shù)呢Q向和水平變位,其實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可用于確定橋梁結(jié)構(gòu)持久荷載狀態(tài)的變化或推求判定結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)變位情況。對(duì)超靜定結(jié)構(gòu),宜依據(jù)實(shí)測(cè)的結(jié)構(gòu)幾何參數(shù),模擬計(jì)算分析確定當(dāng)前橋梁結(jié)構(gòu)在持久荷載下的內(nèi)力和變位狀況。
1)橋梁結(jié)構(gòu)總體狀況測(cè)量,主要包括橋梁全長(zhǎng)、跨徑、橋面寬度、橋下凈空等。
2)橋梁構(gòu)件截面測(cè)量,主要包括截面細(xì)部尺寸以及構(gòu)件長(zhǎng)度等。
3)橋面系重量的測(cè)量,橋面鋪裝分層及厚度、人行道板和欄桿重度測(cè)定。
4)其它荷載調(diào)查,如過(guò)橋管道等。
結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度檢測(cè),應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范要求,選取適當(dāng)方法進(jìn)行,如取芯法、回彈法、超聲回彈綜合法等[5-6]。根據(jù)相應(yīng)檢測(cè)結(jié)果計(jì)算平均強(qiáng)度勻質(zhì)系數(shù)Kbm或推定強(qiáng)度勻質(zhì)系數(shù)Kbt,查規(guī)范相應(yīng)表得其評(píng)定標(biāo)度,評(píng)定標(biāo)度值為1~5。
對(duì)混凝土橋梁主要構(gòu)件或主要受力部位,應(yīng)布設(shè)測(cè)區(qū)檢測(cè)鋼筋銹蝕電位,每一個(gè)測(cè)區(qū)測(cè)點(diǎn)數(shù)不宜少于20個(gè)?;炷林袖摻钿P蝕電位檢測(cè)宜采用半電池電位法,按照測(cè)區(qū)銹蝕電位水平最低值,確定鋼筋銹蝕電位評(píng)定標(biāo)度,根據(jù)銹蝕電位水平,依據(jù)規(guī)范評(píng)定標(biāo)度值為1~5。
對(duì)鋼筋銹蝕電位評(píng)定標(biāo)度值為3、4、5的主要構(gòu)件或主要受力部位,應(yīng)布置測(cè)區(qū)測(cè)定混凝土中氯離子含量及其分布,每一被測(cè)構(gòu)件測(cè)區(qū)數(shù)量不宜少于3個(gè)。
混凝土中氯離子含量,可采用在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上鉆取不同深度的混凝土粉末樣品的方法通過(guò)化學(xué)分析進(jìn)行測(cè)定。
應(yīng)根據(jù)混凝土鋼筋處氯離子含量,判斷誘發(fā)鋼筋銹蝕的可能性。并按照測(cè)區(qū)最高氯離子含量值,確定混凝土氯離子含量評(píng)定標(biāo)度。根據(jù)氯離子含量,依據(jù)規(guī)范評(píng)定標(biāo)度值為1~5。
對(duì)鋼筋銹蝕電位評(píng)定標(biāo)度值為3、4、5的主要構(gòu)件或主要受力部位,應(yīng)布置測(cè)區(qū)測(cè)定混凝土電阻率測(cè)量,被測(cè)構(gòu)件或部位的測(cè)區(qū)數(shù)量不宜少于30個(gè)。
混凝土電阻率宜采用4電極法檢測(cè)。按照測(cè)區(qū)電阻率最小值確定混凝土電阻率評(píng)定標(biāo)度。測(cè)量時(shí)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件應(yīng)為自然狀態(tài)。根據(jù)電阻率大小,依據(jù)規(guī)范評(píng)定標(biāo)度值為1~5。
對(duì)鋼筋銹蝕電位評(píng)定標(biāo)度值為3、4、5的主要構(gòu)件或主要受力部位,應(yīng)進(jìn)行碳化狀況檢測(cè),被測(cè)構(gòu)件或部位的測(cè)區(qū)數(shù)量不宜少于3個(gè)或混凝土強(qiáng)度測(cè)區(qū)數(shù)量的30%。
以測(cè)區(qū)混凝土碳化深度和實(shí)測(cè)混凝土保護(hù)層厚度的比值Kc來(lái)確定混凝土碳化評(píng)定標(biāo)度值1~5。
鋼筋保護(hù)層厚度的檢驗(yàn),盡可能采用非破損方法,當(dāng)有懷疑時(shí)可采用局部破損方法進(jìn)行校準(zhǔn)。混凝土結(jié)構(gòu)保護(hù)層檢查主要包括混凝土保護(hù)層厚度測(cè)量和測(cè)區(qū)鋼筋分布,對(duì)缺失資料橋梁還應(yīng)進(jìn)行鋼筋直徑估測(cè)?;炷帘Wo(hù)層檢測(cè)部位主要為主要受力部位、鋼筋可能銹蝕區(qū)域,以及根據(jù)結(jié)構(gòu)檢算及其它檢測(cè)需要確定的部位??刹捎秒姶艡z測(cè)方法對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋分布狀況進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。
將實(shí)測(cè)保護(hù)層厚度與其設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比,根據(jù)規(guī)范,保護(hù)層厚度對(duì)結(jié)構(gòu)的影響的評(píng)定標(biāo)度值分為1~5。
梁自振頻率檢測(cè),測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在橋梁上、下部結(jié)構(gòu)振型的峰、谷點(diǎn),并進(jìn)行多點(diǎn)多方向的測(cè)量。
首先根據(jù)設(shè)計(jì)資料計(jì)算自振頻率理論值fdi,然后現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定橋梁結(jié)構(gòu)主要部件自振頻率fmi,依據(jù)實(shí)測(cè)值與理論值比值將其評(píng)定標(biāo)度值定為1~5。
橋梁基礎(chǔ)變位檢測(cè)評(píng)定應(yīng)包括墩臺(tái)與基礎(chǔ)沉降、傾斜、變位、轉(zhuǎn)角、凍拔、滑移等。對(duì)橋梁地基的檢驗(yàn)應(yīng)符合以下規(guī)定:
1)根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的重要性、墩臺(tái)與基礎(chǔ)變位情況以及原巖土工程勘察資料情況,適當(dāng)補(bǔ)充勘探孔或原位測(cè)試孔,查明土層分布及土的物理力學(xué)性質(zhì),孔位應(yīng)盡可能靠近基礎(chǔ)。
2)對(duì)于因加固維修需要增加結(jié)構(gòu)自重的橋梁,尚宜在基礎(chǔ)下取原狀土進(jìn)行室內(nèi)土的物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)。
1)混凝土梁橋應(yīng)檢算板(梁)跨中正彎矩、支點(diǎn)附近最不利剪力、跨徑1/4截面附近最不利彎矩組合效應(yīng)、連續(xù)梁墩頂負(fù)彎矩和橋面板局部強(qiáng)度。
2)變截面連續(xù)梁橋和T形剛構(gòu)橋,除應(yīng)符合上一條的規(guī)定外,還應(yīng)檢算梁高較小的腹板厚度變化區(qū)截面彎矩組合效應(yīng)和牛腿處剪力效應(yīng)。
3)對(duì)少設(shè)或不設(shè)橫隔板的寬箱薄壁梁,應(yīng)檢算畸變應(yīng)力和橫向彎曲應(yīng)力。
4.2.1 承載力檢算系數(shù)Z1
混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力檢算系數(shù)Z1,應(yīng)綜合考慮混凝土材質(zhì)狀況、外觀質(zhì)量和自振頻率加以確定。其結(jié)構(gòu)構(gòu)件技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)度D按式(1)計(jì)算:
式中:aj為單項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)的權(quán)重值;Dj為結(jié)構(gòu)單項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)的評(píng)定標(biāo)度值。
式(1)中混凝土強(qiáng)度所占權(quán)重為0.4,外觀質(zhì)量和結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)為0.3。根據(jù)計(jì)算所得D值查《規(guī)程》[1]表 7.7.1-2,相應(yīng)受力狀態(tài)下的檢算系數(shù)Z1,Z1可以根據(jù)評(píng)定標(biāo)度D進(jìn)行線性內(nèi)插。
4.2.2 承載能力惡化系數(shù)(ξe)的確定
承載能力惡化系數(shù)ξe是考慮評(píng)定期內(nèi)由于結(jié)構(gòu)缺損、混凝土碳化、鋼筋銹蝕、混凝土保護(hù)層過(guò)薄等可能造成的結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)的降低。
構(gòu)件惡化狀況評(píng)定標(biāo)度E按式(2)計(jì)算:
根據(jù)惡化狀況評(píng)定標(biāo)度E(表1)及橋梁所處的環(huán)境條件,查《規(guī)程》[1]表 7.7.4-2,得承載能力惡化系數(shù)ξe值,該值可按結(jié)構(gòu)或構(gòu)件惡化狀況評(píng)定值線性內(nèi)插。對(duì)不需要進(jìn)行檢測(cè)評(píng)定項(xiàng)目,其評(píng)定標(biāo)度Ej為 1。
表1 混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件惡化狀況評(píng)定標(biāo)度Table 1 Deterioration rating scale of concrete structure or components
4.2.3 截面折減系數(shù)(ξc,ξs)的確定
截面折減主要包括混凝土材料折減和鋼筋有效面積折減。構(gòu)件由于材料風(fēng)化、物理與化學(xué)損傷、碳化造成截面損傷的綜合評(píng)定標(biāo)度R按式(3)計(jì)算:
式(3)中材料風(fēng)化、物理與化學(xué)損傷、碳化所占權(quán)重分別為0.10,0.55,0.35。對(duì)不需要進(jìn)行檢測(cè)評(píng)定項(xiàng)目,其評(píng)定標(biāo)度Rj=1。根據(jù)構(gòu)件截面損傷的綜合評(píng)定標(biāo)度R,可內(nèi)插得混凝土結(jié)構(gòu)與配筋混凝土結(jié)構(gòu)的截面折減系數(shù)ξc值。
對(duì)于配筋混凝土結(jié)構(gòu)中發(fā)生腐蝕的鋼筋,可根據(jù)鋼筋銹蝕程度按規(guī)程規(guī)定選用其截面折減系數(shù)ξs。
4.2.4 活載影響修正系數(shù)(ζq)的確定
活載影響修正系數(shù)ζq按式(4)計(jì)算:
式中:ζq1為交通量的活載影響修正系數(shù);ζq2為大噸位車輛混入率的活載影響修正系數(shù);ζq3為軸荷分布的活載影響修正系數(shù)。
對(duì)混凝土梁橋應(yīng)從結(jié)構(gòu)或構(gòu)件強(qiáng)度、剛度、抗裂性和穩(wěn)定性等4個(gè)方面進(jìn)行承載能力評(píng)定持久狀況下承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)[7-8]。
混凝土橋梁在計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)承載力極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)時(shí),應(yīng)根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果,在結(jié)構(gòu)承載能力計(jì)算時(shí)采取引入檢算系數(shù)Z1或Z2、截面折減系數(shù)ξc和ξs、承載力惡化系數(shù)ξe的方法進(jìn)行修正計(jì)算,舊橋承載能力極限狀態(tài)修正計(jì)算公式如式(5):
抗力效應(yīng)值按照現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算,Z1,ξc,ξs,ξe按照《規(guī)程》[1]相關(guān)規(guī)定取值,對(duì)交通繁忙或重載車輛較多的橋梁,汽車荷載效應(yīng)可根據(jù)實(shí)際運(yùn)營(yíng)荷載狀況,通過(guò)活載影響修正系數(shù)ξq進(jìn)行修正計(jì)算。
當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載力檢算系數(shù)評(píng)定標(biāo)度D≥3時(shí),應(yīng)橋梁結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)評(píng)定計(jì)算。
作用效應(yīng)與抗力效應(yīng)比值在1.0~1.2時(shí),應(yīng)根據(jù)荷載試驗(yàn)評(píng)定承載能力。荷載試驗(yàn)滿足要求時(shí),取主要測(cè)點(diǎn)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)或變位校驗(yàn)系數(shù)較大值,按《規(guī)程》[1]第 8.3.3 條確定檢算系數(shù)Z2,并用Z2代替Z1。當(dāng)檢算的荷載效應(yīng)與抗力效應(yīng)的比值小于1.05時(shí),應(yīng)判定橋梁承載能力滿足要求;否則,判定橋梁承載能力不滿足要求。
經(jīng)久壓實(shí)的橋梁地基土,在墩臺(tái)與基礎(chǔ)無(wú)異常變位的情況下,可以適當(dāng)提高容許承載能力,最大允許提高系數(shù)為1.25。當(dāng)橋頭填土經(jīng)久壓實(shí)時(shí),填土內(nèi)摩擦角可根據(jù)土質(zhì)情況適當(dāng)放大5°~10°,最大不得超過(guò)50°。
經(jīng)過(guò)評(píng)定的橋梁應(yīng)撰寫橋梁承載能力評(píng)定報(bào)告,報(bào)告內(nèi)容應(yīng)簡(jiǎn)明扼要。報(bào)告主要項(xiàng)目包括:橋梁概況、評(píng)定目的、橋梁調(diào)查與檢測(cè)情況、橋梁結(jié)構(gòu)檢算情況、荷載試驗(yàn)及資料整理分析(未作荷載試驗(yàn)的橋梁略去此項(xiàng))、橋梁承載能力分析評(píng)定、橋梁承載能力的評(píng)定結(jié)論及處置建議。
進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)承載能力檢測(cè)評(píng)定時(shí),應(yīng)認(rèn)真做好橋梁內(nèi)業(yè)資料收集和外業(yè)檢測(cè)工作。一般情況下,根據(jù)橋梁檢測(cè)結(jié)果以及設(shè)計(jì)資料,通過(guò)結(jié)構(gòu)檢算分析,對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)承載能力做出評(píng)定。當(dāng)根據(jù)檢測(cè)成果與檢算結(jié)果對(duì)現(xiàn)役橋梁承載能力尚不能確定時(shí),必須通過(guò)荷載試驗(yàn)對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)狀態(tài)和工作性能重新進(jìn)行測(cè)試評(píng)定,確定其承載能力。
橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定工作,除執(zhí)行TG/T J 21—2011《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》的規(guī)定外,尚應(yīng)遵循國(guó)家及行業(yè)頒布的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的規(guī)定。
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JTG D 60—2004 General Code for Design of Highway Bridge and Culverts[S].Beijing:China Communications Press,2004.
Evaluation Method of Load-Bearing Capacity of Highway Girder Bridge in New Specification
Zhang Xiqiang1,Chen Hui2,Qi Jiehui1
(1.CCCC Road& Bridge Consultants Co.Ltd.,Beijing 100018,China;
2.Beijing Shenhuada Traffic Engineering Testing Co.Ltd.,Beijing 102208,China)
The way of inspection and evaluation of load-bearing capacity of active-duty highway girder bridge was introduced.The proposed approach adopted the sub-calculation factor to modify the expression of the limit state design method to carry out the capacity assessment according to the bridge test results,which improves the objectivity of assessment and operability of evaluation of load-bearing capacity of girder bridge.
highway concrete girder bridge;carrying capacity;detection assessment;bridge inspection;calculation coefficients
U446.3
A
1674-0696(2013)02-0194-04
10.3969/j.issn.1674-0696.2013.02.05
2011-04-06;
2012-05-20
張西強(qiáng)(1980—),男,山東費(fèi)縣人,工程師,主要從事公路檢測(cè)及加固方面的工作。E-mail:68260827@qq.com。