橋梁承載能力評定分析

鐘海宏

廣州誠安路橋檢測有限公司，廣東 廣州 510420

1 檢測項目

某大橋位于Y457線上，于2006年建成通車，全長388.36m。該橋梁存在一定程度的病害：部分預應力混凝土簡支空心板梁底板跨中有3～5條橫向裂縫，縫寬0.06～0.16mm；部分鋼筋混凝土T梁腹板存在3～5條豎向裂縫，裂縫呈下寬上窄狀，寬0.06～0.12mm；混凝土局部有銹脹露筋現象。基于橋梁結構技術狀況檢查評定結果，對該橋3#、11#跨進行包含結構缺損狀況、自振頻率、混凝土強度、結構尺寸、裂縫深度、承載能力等參數的結構特殊檢測，并基于各項檢查結果，對在原設計荷載作用下的上述兩跨上部結構的支點及跨中截面進行承載能力檢算評定。

2 橋梁承載能力評定結果

2.1 計算參數和荷載組合

根據設計資料及相關技術規(guī)范，確定該大橋主要計算參數如下。（1）移動荷載：按原汽車-20級，人群3.5kN/m2，設計四車道計算，收縮徐變計算齡期為1000d。（2）荷載組合Ⅰ：根據原設計規(guī)范按原汽車-20級，人群3.5kN/m2，采用最不利荷載組合；如果橋梁結構不滿足驗算移動荷載等級，則增加低等級移動荷載進行驗算。

2.2 荷載效應及抗力效應計算

采用橋梁有限元計算軟件Midas Civil 2019建立有限元模型進行該大橋理論計算分析，3-2#預應力空心板梁、3-3#預應力空心板梁、11-2#空心板梁、11-3#空心板梁的跨中截面、支點截面的組合Ⅰ荷載效率和彎矩、剪力以及抗力效應的分析結果如表1所示。

表1 大橋效應結果匯總

2.3 承載能力極限狀態(tài)評定

對該大橋3-2#、3-3#、11-2#、11-3#梁的分項檢算系數，如活載修正系數、承載能力檢算系數、截面折減系數、鋼筋截面折減系數、承載能力惡化系數、結構重要系數等，按照相關規(guī)范要求進行計算評定，再根據相關計算公式進行抗彎、抗剪能力評定。

（1）橋梁承載能力惡化系數ξe。根據缺損狀況、鋼筋銹蝕電位、混凝土電阻率、混凝土碳化狀況、混凝土保護層厚度、氯離子含量、混凝土強度的權重和指標評定標度，3-2#、3-3#預應力空心板梁和11-2#、11-3#空心板梁的惡化狀況評定標度E為1.76，承載能力惡化系數ξe為0.035。（2）截面折減系數ξc。根據材料風化、混凝土碳化、物理與化學損傷的權重和指標評定標度，3-2#、3-3#預應力空心板梁和11-2#、11-3#空心板梁的截面損傷綜合評定標度R為1.65，截面折減系數ξc為0.99。（3）鋼筋截面折減系數ξs。3-2#、3-3#預應力空心板梁和11-2#、11-3#空心板梁及檢算截面沿鋼筋出現裂縫，寬度小于限值，鋼筋截面折減評定標度為1，鋼筋截面折減系數ξs為0.99。（4）活載修正系數ξq。活載影響系數用于考慮實際橋梁所承受的汽車荷載與標準汽車荷載之間的差異，主要根據橋梁運營荷載的調查統(tǒng)計情況，從典型代表交通量、大噸位車輛混入率和軸荷分布情況三個方面進行綜合修正確定。因此該橋活載修正系數ξq取1.00，即按原設計荷載進行分析評定。（5）結構重要性系數γ0。該橋設計安全等級為一級，根據相關規(guī)范要求，該橋的結構重要性系數γ0取1.10。（6）承載能力檢算系數Z1。根據缺損狀況、混凝土強度、結構自振頻率的權重和指標評定標度，3-2#、3-3#預應力空心板梁和11-2#、11-3#空心板梁的承載能力檢算系數評定標度D為1.8，承載能力檢算系數Z1為1.11。（7）組合Ⅰ抗彎、抗剪能力評定結果。根據原交通部《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21—2011），配筋混凝土橋梁承載能力極限狀態(tài)應根據下式進行計算評定：

結構承載能力評定計算結果如表2、表3所示。

表2 組合Ⅰ抗彎能力評定表 單位：kN·m

表3 組合Ⅰ抗剪能力評定表 單位：kN

2.4 正常使用極限狀態(tài)評定

由于在定期檢測中發(fā)現該大橋有部分構件出現裂縫，為了更加全面地把控橋梁結構的工作狀態(tài)，檢算中增加了正常使用極限狀態(tài)評定。

3 驗算結果

（1）承載能力極限狀態(tài)下各跨驗算結果：3-2#、3-3#、11-2#、11-3#梁均滿足汽-20級的要求。

（2）正常使用極限狀態(tài)下各跨驗算結果：3-2#、3-3#預應力空心板梁限制應力不滿足汽-20級的要求，滿足汽-15級要求，變形均滿足要求；11-2#、11-3#空心板梁裂縫寬度及變形均滿足汽-20級的要求。

4 結束語

橋梁承載能力的檢測和評定直接關系橋梁工程的使用安全。檢測和評定工作所涉及的方法和標準的涵蓋面廣、要求量多，隨著先進理論和技術的不斷推動，橋梁承載能力的檢測和評定技術將朝著更加科學化、規(guī)范化的方向發(fā)展。同時，該技術的應用和發(fā)展有助于推動行業(yè)技術的進步，有利于在役橋梁的養(yǎng)護和管理工作的開展。