加固橋梁整體受力性能分析

馮良勇

(遼寧省交通規劃設計院有限責任公司 沈陽市 110166)

0 引言

隨著交通量和車輛載重的日益增長，危舊橋梁數量不斷增加，對這些危舊橋梁一律予以拆除重建是不科學的，也是不現實的。國內外資料表明[1-3]，舊橋的加固改造與拆除重建相比更經濟，不但可以節省大量的資源，而且產生良好的經濟、社會和環境效益，且對維護公路交通正常運營、保證沿線地區經濟發展等具有積極意義[4-5]。

橋梁加固前后整體受力性能對比分析是十分必要的，對全面衡量橋梁加固的實際效果具有重要意義。通過對遼寧省內橋梁加固前后荷載試驗數據進行統計分類，重點對比分析橫向分布系數、撓度和應變校驗系數等在內的各參數改善情況，總體上分析加固前后橋梁受力性能的改善程度。

1 橫向分布改善情況

根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》(征求意見稿)給出利用實測撓度計算荷載橫向分布系數見公式(1)

(1)

式中：mi表示試驗荷載作用下，測量截面第i片主梁的荷載橫向分布系數；fi表示試驗荷載作用下，測量截面第i片主梁的測點撓度；n表示梁的根數。

橫向分布情況反映了橋梁的橫向整體性能，當實測橫向分布曲線與設計橫向分布曲線吻合得較好時，說明橋梁橫向剛度滿足設計要求。當橫向分布實測值偏離其設計值時，說明橋梁的橫向分布存在問題[6]。因此，提出橫向分布系數偏差率指標，衡量橋梁橫向分布系數實測值偏離設計值的平均程度，以此評價橋梁加固前后的橫向分布情況，按下列公式計算橫向分布系數偏差率：

(2)

式中：Rm表示橫向分布系數實測值偏離設計值的程度；mhi表示加固前后第i根梁橫向分布系數實測值；mdi表示加固前后第i根梁橫向分布系數設計值；n表示梁的根數。

按上述公式的計算方法，共統計了33座加固后橋梁61個荷載試驗工況和20座加固前橋梁36個荷載試驗工況下的橫向分布系數偏差率數據，匯總如表1。

表1 橫向分布系數偏差率統計表

結合圖1及統計的數據可以看出，相較于加固前，加固后橋梁的橫向分布系數偏差率總體上明顯降低，加固前橋梁橫向分布系數偏差率分布在0.06～0.49范圍內，大部分在0.10～0.35之間，0.10以內相對較少，部分偏差率高達0.40～0.65，可見加固前橋梁的橫向分布普遍存在問題，橋梁的橫向整體性能較差，難以滿足運營的要求。加固后橋梁橫向分布系數偏差率分布在0.01～0.39范圍內，大部分在0.05～0.25之間，小部分在0.05以內，極少部分在0.30～0.40之間，這說明橋梁在加固后的橫向分布情況得到了不同程度的改善。

圖1 橫向分布改善情況

2 撓度、應變校驗系數改善情況

校驗系數分為撓度檢驗系數和應變校驗系數。在《公路橋梁承載能力檢測評定規程》(JTG/T J21-2011)中主要通過校驗系數換算承載能力檢算系數從而評定橋梁的承載能力。在2003版的《公路橋梁承載能力檢測評定規程》(征求意見稿)中給出了橋梁校驗系數常值表，其中鋼筋混凝土梁橋撓度校驗系數在0.50～0.90之間，應變校驗系數在0.40～0.80之間，預應力混凝土橋撓度校驗系數在0.60～1.00之間，應變校驗系數在0.50～0.90之間[7]。目前，橋梁荷載試驗主要依據這個范圍表對校驗系數進行評定，但評定中僅判定校驗系數是否滿足要求，即校驗系數在相應范圍內則滿足要求，超出則不滿足要求。

校驗系數是反映橋梁承載能力狀況的重要指標[8]。當校驗系數較小時，說明結構的安全度有較大的富余量，承載能力滿足運營環境的要求；當校驗系數較大時，說明橋梁安全度相對降低，承載能力已接近使用極限。

校驗系數按下列公式計算：

(3)

式中：ζ表示校驗系數指標；She表示加固前后橋梁試驗荷載作用下主要測點彈性變位或應變實測值；Shs表示橋梁試驗荷載作用下主要測點彈性變位或應變理論值。

2.1 撓度校驗系數

按上述公式的計算方法，共統計了33座加固后橋梁404個測點和19座加固前橋梁362個測點的撓度校驗系數數據，匯總如表2。

表2 撓度校驗系數統計表

結合圖2及統計的數據可以看出，加固前橋梁撓度校驗系數分布在0.47～1.59范圍內，大部分在0.60～0.85之間，0.50以內很少，部分高達0.85～1.00，甚至少部分撓度校驗系數超過了1.00，總體上說明加固前橋梁的撓度校驗系數偏高。加固后橋梁撓度校驗系數分布在0.15～1.00范圍內，0.50以內占有比例較高，0.50～0.80范圍內占有比例較為平均，0.80～1.00范圍內占有比例逐漸降低，特別是0.90～1.00范圍內占有比例很低，可見加固后橋梁的撓度校驗系數得到了不同程度的改善。

圖2 撓度校驗系數改善情況

2.2 應變校驗系數

按上述公式的計算方法，共統計了33座加固后橋梁384個測點和19座加固前橋梁78個測點的應變校驗系數數據，匯總見表3。

表3 應變校驗系數統計表

結合圖3及統計的數據可以看出，加固前橋梁應變校驗系數分布在0.42～1.17范圍內，大部分在0.65～0.95之間，0.40以內沒有，小部分分布在0.40～0.65范圍內，有較大一部分在0.90～1.20之間，總體上說明加固前橋梁的應變校驗系數較高。加固后橋梁應變校驗系數分布在0.07～0.90范圍內，0.40以內占有比例較高，0.40～0.80范圍內占有比例較為平均，0.80～0.95范圍內占有比例逐漸降低，特別是0.90～0.95范圍內占有比例很低小，可見加固后橋梁的應變校驗系數得到了較大程度的改善。

圖3 應變校驗系數改善情況

3 結論

通過對遼寧省內橋梁加固前后荷載試驗數據進行統計分類，分析橫向分布系數、撓度和應變校驗系數等在內的各參數改善情況，總體上分析加固前后橋梁受力性能的改善程度。得到結論如下：

(1)總體上相較于加固前，加固后橋梁橫向分布系數得到了不同程度的改善。

(2)加固后橋梁的撓度校驗系數得到改善，但無論是加固前還是加固后橋梁的撓度校驗系數分布在0.50～0.80范圍內比例較高，這說明撓度校驗系數對于反映橋梁的承載能力改善程度不是特別敏感。

(3)加固后橋梁的應變校驗系數得到了較大程度的改善。這說明對于反映橋梁承載能力改善程度來說，應變校驗系數比撓度校驗系數更為敏感。