當前橋梁承載能力評定方法的不足及發展方向

高 飛 謝應爽 羅立高

隨著國家經濟發展的突飛猛進，交通運輸事業的發展也是蒸蒸日上，交通量與日俱增，車輛載重顯著提高，加之部分地區管養不當或自然等因素的影響，已使得部分橋梁處于一種帶病、超負荷工作狀態。故如何對橋梁實際狀態做出評估，確切評定其承載能力，以便采用科學合理的管養辦法，改善其適應度，提高公路通行能力，這是我國公路質檢機構所面臨的一大緊迫任務。

1 目前橋梁靜載試驗評定橋梁承載能力概況

(88)公路技字11號，公路舊橋承載能力鑒定方法規定，當橋梁靜載試驗項目比較全面時，可采用荷載試驗主要撓度測點的校驗系數η來評定結構的強度和穩定性。檢算時對結構的抗力效應進行折減或提高，公式如下:

對于磚石和混凝土橋:

其中，Sd為荷載效應函數;Q為荷載在結構上產生的效應;γso為結構的重要性系數;γs1為荷載安全系數;ψ為荷載組合系數;Rd為結構的抗力效應函數;Ri為材料或砌體的極限強度;γm為材料或砌體的安全系數;αk為結構的幾何尺寸;Z2為檢算系數。

對于鋼筋混凝土及預應力混凝土橋:

其中，Sd為荷載效應函數;G為永久荷載;γg為永久荷載安全系數;Q為可變荷載及永久荷載中混凝土收縮、徐變影響力，基礎變位影響力;γq為荷載Q的安全系數;Rd為結構的抗力效應函數;γb為結構工作條件系數;Rc為混凝土強度設計采用值;γc為在混凝土強度設計采用值基礎上的混凝土安全系數;Rs為預應力鋼筋或非預應力鋼筋強度設計采用值;γs為在鋼筋強度設計采用值基礎上的鋼筋安全系數;Z2值見表1。

表1 經過荷載試驗的舊橋檢算系數 Z2值表

2 橋梁靜載試驗評定承載能力存在問題探討

例1:重慶某區縣二級公路上某大橋梁上部結構采用6×20 m預應力混凝土簡支空心板，下部結構采用雙柱式橋墩和重力式U形橋臺。上部結構橫橋向布置9片空心板，板高0.9 m，板寬1.00 m，采用40號混凝土，橋面鋪裝采用厚度為6 cm～13 cm防水混凝土。橋面寬:0.25 m(欄桿)+0.75 m(人行道)+7.00 m(車行道)+0.75 m(人行道)+0.25 m(欄桿)=9.00 m，雙車道設計。設計荷載標準為:汽車—20級、掛車—100，人群3.5 kN/m2。選取3跨為靜載試驗跨，試驗前對該橋進行了病害觀測，發現該橋各測試跨板體底板跨中區域存有縱向裂縫，裂縫長度在0.5 m～8 m范圍，裂縫最大寬度為0.5 mm(超出規范限值0.2 mm)。從該橋測試跨各板板底縱向裂縫的寬度及長度來看，該橋梁體需要進行加固處理。但對該橋進行靜載試驗時，采用4輛單橋車作為試驗荷載，該橋跨中截面荷載效率達到0.98。但該橋實測應力校驗系數為0.220～0.557，撓度校驗系數為0.309～0.360。從靜載試驗的結果看該橋有一定的安全儲備;同時根據表1的規定該橋檢算時承載能力也會提高。

例2:重慶某區縣二級公路上某中橋上部結構采用4×20 m預應力混凝土簡支空心板橋，設計為部分預應力A類構件;下部構造為重力式橋臺、擴大基礎及樁柱式墩;上部結構橫橋向布置9片空心板，板高0.9 m，板寬1.00 m，采用40號混凝土;其行車道寬度為:0.50 m(防撞護欄)+8.60 m(行車道)+0.50 m(防撞護欄);汽車—20級、掛車—100。靜載試驗前發現該橋測試跨自右側起第4號板及第5號板板底跨中區域各有3條橫向貫通裂縫，橫向裂縫最寬達0.10 mm，不滿足設計規范要求。對該橋靜載試驗時采用4輛單橋車作為試驗荷載，該橋跨中截面荷載效率達到1.006;但該橋實測應力校驗系數為0.396～0.512、撓度校驗系數為0.396～0.440。從靜載試驗的結果看該橋有一定的安全儲備;同時根據表1的規定該橋檢算時承載能力也會提高。

例3:重慶某立交橋為一座(18.87+3×20+16)m普通鋼筋混凝土連續板橋，梁高90 cm，其行車道寬度為:0.50 m(防撞護欄)+10.00 m(行車道)+0.50 m(防撞護欄);其設計荷載標準為:汽車—20級、掛車—100。靜載試驗前該橋每跨L/4區～3L/4區段，箱梁底面密布橫向貫通裂縫，并伴有少許縱向裂縫，縱向裂縫最長達12 m，橫向貫通裂縫最大寬度達0.4 mm，縱向裂縫最大寬度達0.2 mm，豎向裂縫最大寬度達0.22 mm。可定為危橋。對該橋靜載試驗時采用4輛單橋車作為試驗荷載，該橋跨中截面荷載效率達到1.006;但該橋實測應力校驗系數為0.137～0.672，撓度校驗系數為0.443～0.940。從靜載試驗的結果看該橋仍有安全儲備;同時根據表1的規定該橋檢算時承載能力也會提高。

3 橋梁技術狀況評定方法簡介

橋梁各部件技術狀況評定的方法為:根據各部件缺損程度(大小、多少或輕重)、缺損對結構使用功能的影響程度(無、小、大)和缺損發展變化狀況(趨向穩定、發展緩慢、發展較快)三個方面定出扣分標度(0，1，2)，以累加評分方法對各部件缺損狀況做出等級評定，同時按照各部件對應權重進行分數累加。

4 橋梁承載能力評定發展方向預測

綜合目前橋梁靜載試驗評定橋梁承載能力的不足之處，橋梁承載能力評定的發展方向可能為綜合橋梁靜載試驗及橋梁技術狀況評定二者合一。將橋梁承載能力評定滿分值定為100分，其中靜載試驗滿分占 A分，橋梁技術狀況評定滿分占B分，A+B=100。其靜載試驗結果得分值與應力及撓度校驗系數有關，定為a×A。其中，a為權重系數由應力及撓度校驗系數的大小范圍確定。橋梁技術狀況評定具體得分值由橋梁各部件的技術狀況評定確定，其值為B×Dr/100，其中，Dr為按橋涵養護規范確定的分數值。橋梁承載能力最終得分為 W=a×A+B×Dr/100，其中，W的分值越高橋梁的安全儲備越大。

5 結語

本文簡述了目前橋梁承載能力評定的主要及常用方法為橋梁靜載試驗及橋梁檢算，并通過橋梁靜載試驗實例闡述了橋梁靜載試驗及橋梁檢算對橋梁承載能力評定方面尚存不足之處。并預測了未來橋梁承載能力評定方法的發展方向，其有待于進一步分析研究及大量靜載試驗、橋梁檢算及技術狀況評定等數據論證。本文對橋梁承載能力評定方法發展方向的預測僅為橋梁荷載試驗者們拋磚引玉，旨在更多的研究者能夠重視橋梁荷載試驗，提出更為科學的方法，客觀全面的評價橋梁的承載能力。

[1] (88)公路技字11號，公路舊橋承載能力鑒定方法[S].

[2] JTG H11-2004，公路橋涵養護規范[S].

[3] 孫鐵鋼，史曉春.某開啟橋承載能力分析研究[J].山西建筑，2008，34(28):334-335.