新規范下公路混凝土梁橋承載能力評定方法

張西強，陳 慧，齊杰慧

（1.中交路橋技術有限公司，北京 100018;2.北京深華達交通工程檢測有限公司，北京 102208）

新規范下公路混凝土梁橋承載能力評定方法

張西強1，陳 慧2，齊杰慧1

（1.中交路橋技術有限公司，北京 100018;2.北京深華達交通工程檢測有限公司，北京 102208）

介紹了新規范下現役公路混凝土梁橋承載能力檢測評定辦法。該辦法主要是根據橋梁檢測結果，采用引入分項檢算系數修正極限狀態設計表達式的方法進行承載力評定，提高了橋梁承載力評定客觀性和可操作性。

公路混凝土梁橋;承載能力;檢測評定;橋梁檢測;檢算系數

中華人民共和國交通部運輸部于2011年10月8日發布了JTG/T J 21—2011《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（以下簡稱《規程》）［1］，相對于舊的橋梁承載能力評定方法，新規程主要在以下幾個方面進行了修訂［1-2］:①增加了適用范圍，增加了鋼結構的承載力檢測評定;②充分利用了橋梁檢查、檢測和荷載試驗成果，與現有養護規范進行了銜接;③橋梁承載能力檢測評定根據實際檢測結果引入反映橋梁實際工作狀況的分項系數，使承載能力檢測評定結果更能接近橋梁的實際狀況;④在橋梁結構檢算方面分橋型給出了結構檢算分析方法;⑤橋梁荷載試驗部分主要增加了動力荷載試驗結果的評價分析，并對靜力荷載試驗部分參數取值和試驗工況進行了局部調整。

該規程重點解決了檢測結果的量化問題，根據橋梁檢測結果，采用引入分項檢算系數修正極限狀態設計表達式的方法進行承載力評定，提高了橋梁承載力評定客觀性和可操作性，對我國地橋梁承載能力檢測評定工作具有一定的指導意義。

1 基本規定

1.1 評定適用范圍

1）技術狀況等級為四、五類橋梁;

2）擬提高荷載等級橋梁;

3）需要通過特殊重型車輛荷載的橋梁;

4）遭受重大自然災害或意外事件的橋梁。

1.2 工作內容

1）橋梁缺損狀況檢查評定;

2）橋梁材質狀況與狀態參數檢測評定;

3）橋梁承載能力檢算評定;

4）必要時進行荷載試驗評定;

5）檢測評定報告編制。

1.3 評定原則及依據

對于多跨或多孔橋梁，在選擇承載能力檢測評定對象時，在結構形式上應體現具有代表性原則，選擇最具代表性的或最不利的橋跨進行詳細檢查，進行承載能力檢測評定。在結構技術狀況和結構受力上體現最不利原則。

橋梁承載能力檢算評定技術參數，宜根據竣工資料或設計文件按相關標準規范取用。對缺失技術資料橋梁，可根據橋梁檢測資料，結合參考同年代類似橋梁設計文件或標準定型圖采用。評定程序如圖1。

圖1 公路橋梁承載能力檢測評定程序Fig.1 Procedure for inspection and evaluation of carrying capacity of highway bridges

2 橋梁缺損狀況檢查評定

橋梁缺損狀況檢查評定［3-4］主要參照現行橋梁檢測養護規范和技術評定標準，針對所選擇的承載能力檢測評定橋跨實施。重點檢查記錄結構或構件缺損的類別、范圍、分布特征和嚴重程度，并推斷其發展變化趨勢及其可能造成不利影響，進而評定其技術狀況等級并最終確定缺損狀況評定標度值。

橋面系、上部和下部結構技術狀況等級為1～5級，對應的缺損狀況評定標度值為1～5。

3 橋梁材質狀況與狀態參數檢測評定

3.1 橋梁幾何形態參數檢測評定

橋梁結構幾何形態參數主要是橋跨結構縱向線形和墩（臺）頂的豎向和水平變位，其實測數據可用于確定橋梁結構持久荷載狀態的變化或推求判定結構基礎變位情況。對超靜定結構，宜依據實測的結構幾何參數，模擬計算分析確定當前橋梁結構在持久荷載下的內力和變位狀況。

3.2 橋梁恒載變異狀況調查

1）橋梁結構總體狀況測量，主要包括橋梁全長、跨徑、橋面寬度、橋下凈空等。

2）橋梁構件截面測量，主要包括截面細部尺寸以及構件長度等。

3）橋面系重量的測量，橋面鋪裝分層及厚度、人行道板和欄桿重度測定。

4）其它荷載調查，如過橋管道等。

3.3 橋梁材質強度檢測評定

結構混凝土強度檢測，應根據現行規范要求，選取適當方法進行，如取芯法、回彈法、超聲回彈綜合法等［5-6］。根據相應檢測結果計算平均強度勻質系數Kbm或推定強度勻質系數Kbt，查規范相應表得其評定標度，評定標度值為1～5。

3.4 混凝土鋼筋銹蝕電位檢測評定

對混凝土橋梁主要構件或主要受力部位，應布設測區檢測鋼筋銹蝕電位，每一個測區測點數不宜少于20個。混凝土中鋼筋銹蝕電位檢測宜采用半電池電位法，按照測區銹蝕電位水平最低值，確定鋼筋銹蝕電位評定標度，根據銹蝕電位水平，依據規范評定標度值為1～5。

3.5 混凝土橋梁氯離子含量檢測評定

對鋼筋銹蝕電位評定標度值為3、4、5的主要構件或主要受力部位，應布置測區測定混凝土中氯離子含量及其分布，每一被測構件測區數量不宜少于3個。

混凝土中氯離子含量，可采用在結構構件上鉆取不同深度的混凝土粉末樣品的方法通過化學分析進行測定。

應根據混凝土鋼筋處氯離子含量，判斷誘發鋼筋銹蝕的可能性。并按照測區最高氯離子含量值，確定混凝土氯離子含量評定標度。根據氯離子含量，依據規范評定標度值為1～5。

3.6 混凝土橋梁電阻率檢測評定

對鋼筋銹蝕電位評定標度值為3、4、5的主要構件或主要受力部位，應布置測區測定混凝土電阻率測量，被測構件或部位的測區數量不宜少于30個。

混凝土電阻率宜采用4電極法檢測。按照測區電阻率最小值確定混凝土電阻率評定標度。測量時混凝土橋梁結構或構件應為自然狀態。根據電阻率大小，依據規范評定標度值為1～5。

3.7 混凝土橋梁碳化狀況檢測評定

對鋼筋銹蝕電位評定標度值為3、4、5的主要構件或主要受力部位，應進行碳化狀況檢測，被測構件或部位的測區數量不宜少于3個或混凝土強度測區數量的30%。

以測區混凝土碳化深度和實測混凝土保護層厚度的比值Kc來確定混凝土碳化評定標度值1～5。

3.8 鋼筋保護層厚度檢測評定辦法

鋼筋保護層厚度的檢驗，盡可能采用非破損方法，當有懷疑時可采用局部破損方法進行校準。混凝土結構保護層檢查主要包括混凝土保護層厚度測量和測區鋼筋分布，對缺失資料橋梁還應進行鋼筋直徑估測。混凝土保護層檢測部位主要為主要受力部位、鋼筋可能銹蝕區域，以及根據結構檢算及其它檢測需要確定的部位。可采用電磁檢測方法對混凝土結構鋼筋分布狀況進行無損檢測。

將實測保護層厚度與其設計值進行對比，根據規范，保護層厚度對結構的影響的評定標度值分為1～5。

3.9 橋梁結構自振頻率檢測評定

梁自振頻率檢測，測點應布置在橋梁上、下部結構振型的峰、谷點，并進行多點多方向的測量。

首先根據設計資料計算自振頻率理論值fdi，然后現場測定橋梁結構主要部件自振頻率fmi，依據實測值與理論值比值將其評定標度值定為1～5。

3.10 橋梁基礎與地基檢測評定

橋梁基礎變位檢測評定應包括墩臺與基礎沉降、傾斜、變位、轉角、凍拔、滑移等。對橋梁地基的檢驗應符合以下規定:

1）根據橋梁結構的重要性、墩臺與基礎變位情況以及原巖土工程勘察資料情況，適當補充勘探孔或原位測試孔，查明土層分布及土的物理力學性質，孔位應盡可能靠近基礎。

2）對于因加固維修需要增加結構自重的橋梁，尚宜在基礎下取原狀土進行室內土的物理力學性質試驗。

4 檢算要點

4.1 檢算內容［7］

1）混凝土梁橋應檢算板（梁）跨中正彎矩、支點附近最不利剪力、跨徑1/4截面附近最不利彎矩組合效應、連續梁墩頂負彎矩和橋面板局部強度。

2）變截面連續梁橋和T形剛構橋，除應符合上一條的規定外，還應檢算梁高較小的腹板厚度變化區截面彎矩組合效應和牛腿處剪力效應。

3）對少設或不設橫隔板的寬箱薄壁梁，應檢算畸變應力和橫向彎曲應力。

4.2 檢算系數確定

4.2.1 承載力檢算系數Z1

混凝土結構的承載能力檢算系數Z1，應綜合考慮混凝土材質狀況、外觀質量和自振頻率加以確定。其結構構件技術狀況評定標度D按式（1）計算:

式中:aj為單項檢測指標的權重值;Dj為結構單項檢測指標的評定標度值。

式（1）中混凝土強度所占權重為0.4，外觀質量和結構模態參數為0.3。根據計算所得D值查《規程》［1］表 7.7.1-2，相應受力狀態下的檢算系數Z1，Z1可以根據評定標度D進行線性內插。

4.2.2 承載能力惡化系數（ξe）的確定

承載能力惡化系數ξe是考慮評定期內由于結構缺損、混凝土碳化、鋼筋銹蝕、混凝土保護層過薄等可能造成的結構抗力效應的降低。

構件惡化狀況評定標度E按式（2）計算:

根據惡化狀況評定標度E（表1）及橋梁所處的環境條件，查《規程》［1］表 7.7.4-2，得承載能力惡化系數ξe值，該值可按結構或構件惡化狀況評定值線性內插。對不需要進行檢測評定項目，其評定標度Ej為 1。

表1 混凝土結構或構件惡化狀況評定標度Table 1 Deterioration rating scale of concrete structure or components

4.2.3 截面折減系數（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。構件由于材料風化、物理與化學損傷、碳化造成截面損傷的綜合評定標度R按式（3）計算:

式（3）中材料風化、物理與化學損傷、碳化所占權重分別為0.10，0.55，0.35。對不需要進行檢測評定項目，其評定標度Rj=1。根據構件截面損傷的綜合評定標度R，可內插得混凝土結構與配筋混凝土結構的截面折減系數ξc值。

對于配筋混凝土結構中發生腐蝕的鋼筋，可根據鋼筋銹蝕程度按規程規定選用其截面折減系數ξs。

4.2.4 活載影響修正系數（ζq）的確定

活載影響修正系數ζq按式（4）計算:

式中:ζq1為交通量的活載影響修正系數;ζq2為大噸位車輛混入率的活載影響修正系數;ζq3為軸荷分布的活載影響修正系數。

5 承載力評定

對混凝土梁橋應從結構或構件強度、剛度、抗裂性和穩定性等4個方面進行承載能力評定持久狀況下承載能力極限狀態和正常使用極限狀態［7-8］。

混凝土橋梁在計算橋梁結構承載力極限狀態結構抗力效應時，應根據橋梁結構檢測結果，在結構承載能力計算時采取引入檢算系數Z1或Z2、截面折減系數ξc和ξs、承載力惡化系數ξe的方法進行修正計算，舊橋承載能力極限狀態修正計算公式如式（5）:

抗力效應值按照現行設計規范進行計算，Z1，ξc，ξs，ξe按照《規程》［1］相關規定取值，對交通繁忙或重載車輛較多的橋梁，汽車荷載效應可根據實際運營荷載狀況，通過活載影響修正系數ξq進行修正計算。

當橋梁結構或構件的承載力檢算系數評定標度D≥3時，應橋梁結構正常使用極限狀態評定計算。

作用效應與抗力效應比值在1.0～1.2時，應根據荷載試驗評定承載能力。荷載試驗滿足要求時，取主要測點應變校驗系數或變位校驗系數較大值，按《規程》［1］第 8.3.3 條確定檢算系數Z2，并用Z2代替Z1。當檢算的荷載效應與抗力效應的比值小于1.05時，應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。

經久壓實的橋梁地基土，在墩臺與基礎無異常變位的情況下，可以適當提高容許承載能力，最大允許提高系數為1.25。當橋頭填土經久壓實時，填土內摩擦角可根據土質情況適當放大5°～10°，最大不得超過50°。

6 橋梁承載能力評定報告編制

經過評定的橋梁應撰寫橋梁承載能力評定報告，報告內容應簡明扼要。報告主要項目包括:橋梁概況、評定目的、橋梁調查與檢測情況、橋梁結構檢算情況、荷載試驗及資料整理分析（未作荷載試驗的橋梁略去此項）、橋梁承載能力分析評定、橋梁承載能力的評定結論及處置建議。

7 結語

進行橋梁結構承載能力檢測評定時，應認真做好橋梁內業資料收集和外業檢測工作。一般情況下，根據橋梁檢測結果以及設計資料，通過結構檢算分析，對橋梁結構承載能力做出評定。當根據檢測成果與檢算結果對現役橋梁承載能力尚不能確定時，必須通過荷載試驗對橋梁的結構狀態和工作性能重新進行測試評定，確定其承載能力。

橋梁承載能力檢測評定工作，除執行TG/T J 21—2011《公路橋梁承載能力檢測評定規程》的規定外，尚應遵循國家及行業頒布的有關標準、規范的規定。

（References）:

［1］ JTG/T J 21—2011公路橋梁承載能力檢測評定規程［S］.北京:人民交通出版社，2011.

JTG/T J 21—2011 Specification for Inspection and Evaluation of Load-Bearing Capacity of Highway Bridge［S］.Beijing:China Communications Press，2011.

［2］ 公路舊橋承載能力鑒定方法（試行）［S］.北京:人民交通出版社，1988.

Identification Methods of Load-Bearing Capacity of Old Highway Bridge（Trial Version）［S］.Beijing:China Communications Press，1988.

［3］ JTG H 11—2004公路橋涵養護規范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

JTG H 11—2004 Code for Maintenance of Highway Bridge and Culvers［S］.Beijing:China Communications Press，2004.

［4］ JTG/T H 21—2011公路橋梁技術狀況評定標準［S］.北京:人民交通出版社，2011.

JTG/T H 21—2011 Standards for Technical Condition Evaluation of of Highway Bridge［S］.Beijing:China Communications Press，2011.

［5］ GB/T 50107—2010混凝土強度檢驗評定標準［S］.北京:中國建筑工業出版社，2010.

GB/T 50107—2010 Standard for Evaluation of Concrete Compressive Strength［S］.Beijing:China Building Industry Press，2010.

［6］ JGJ/T 23—2011回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程［S］.北京:中國建筑工業出版社，2011.

JGJ/T 23—2011 Technical Specification for Inspecting of Concrete Compressive Strength by Rebound Method［S］.Beijing:China Building Industry Press，2011.

［7］ JTG D 62—2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

JTG D 62—2004 Code for Design of Highway Bridge Reinforced Concrete and Prestressed Bridges and Culverts［S］.Beijing:China Communications Press，2004.

［8］ JTG D 60—2004公路橋涵設計通用規范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

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（1980—），男，山東費縣人，工程師，主要從事公路檢測及加固方面的工作。E-mail:68260827@qq.com。