既有桥梁承载能力评定方法
更新时间:2021-08-03 09:19
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桥梁承载能力反映了结构抗力效应与荷载效应的对比关系,就桥梁结构而言这种关系往往是不确定的,是不断变化的。评定的主要目的是为了维持现有桥梁安全或可靠水平在规范的要求之上或能满足当前荷载的要求,了解桥梁的真实承载性能,综合分析判断桥梁结构的承载能力和使用条件。
1 既有旧桥承载能力评定方法
目前我国公路旧桥承载能力评定方法是基于专家经验的半概率承载能力评定方法,检测的依据为《公路旧桥承载能力鉴定方法》(试行方法)(以下简称《试行方法》)。
(1)承载能力评定的基本公式
承载能力鉴定的途径是,先对桥梁现状进行检查,确定出旧桥检算承载能力的折减或提高系数,即确定旧桥旧检算系数Z1,再接现行的桥梁设计规范,根据检查获得的桥梁基础位移、结构变形、构件开裂及其它破损等情况,对结构抗力效应考虑引入不大于1.2的结构检算系数进行结构强度和稳定性检算。
对于砖石、混凝土桥梁其评定基本公式见公式(2-1):
(2-1)
式中: —荷载效应函数;
—荷载在结构上产生的效应;
—结构的重要性系数;
—荷载安全系数;
—荷载组合系数;
—结构抗力效应函数;
—材料或砌体的极限强度;
—材料或砌体的安全系数;
—结构的几何尺寸;
—基于桥梁调查确定的承载能力检算系数。
对于混凝土、预应力混凝土桥梁评定基本公式见公式(2-2):
(2-2)
式中: —荷载效应函数;
—永久荷载(结构重力)效应;
—永久荷载(结构重力)安全系数;
—荷载在结构上产生的效应;
—荷载 的安全系数;
—结构抗力效应函数;
—结构工作条件系数;
—混凝土强度设计采用值;
—在混凝强度采用设计值基础上的混凝土安全系数;
—预应力钢筋或非预应力钢筋强度设计采用值;
—在钢筋强度采用设计值基础上的钢筋安全系数;
—基于桥梁调查确定的承载能力检算系数。
根据检算的主要指标超限情况(30%以内),确定是否需进一步采用荷载试验进行承载能力鉴定。对经荷载试验的桥梁,则需根据荷载试验结果重新确定旧桥检算系数Z2,再进行结构强度和稳定性的校核。
对于砖石、混凝土桥梁,基于荷载试验的承载能力评定公式见式(2-3):
式中: —基于荷载试验确定的承载能力检算系数。
对于混凝土及预应力混凝土桥梁,基于荷载试验的承载能力评定公式见式(2-4):
(2)《试行方法》评定桥梁承载能力的不足
《试行方法》在过去10多年对我国的公路旧桥承载能力鉴定起到了重要的指导意义。但经过实践总结发现,就旧桥承载能力评定而言,该方法主要存在以下不足:
1)由于该评定方法编制年代现实所限,该方法体系所确定的旧桥承载能力评定基本出发点是对桥梁承载能力进行技术挖潜,这在客观上影响桥梁评定的安全裕度。
2)该评定方法主要是在结构验算的基础上进行荷载试验鉴定。其在桥梁检查和检测结果在检算中如何应用、检算系数的取值的定量问题以及试验结果的评定等方面均未作出明确规定,使得大量的检测结果无法应用于桥梁承载能力评定分析,而需大量借助昂贵的荷载试验对旧桥加以鉴定。
2 旧桥承载能力评定的改进方法
为了充分利用桥梁检测结果尽可能通过检算分析的方法对桥梁承载能力进行评定,交通部科学研究院通过大量实桥试验及分析,对原有的评定方法进行了改进,建立了新的评定方法的体系。
该评定方法是在基于专家经验评定方法和权重理论的基础上,利用专家调查法、层次分析法、影响因素敏感性分析和数理统计的方法建立的,并进行了大量实桥荷载试验的验证。
(1)评定法方法的特点
1)在根据桥梁外观检查和有关无损检测结果对桥梁的承载能力作出评定时,结合旧桥的特点,通过的各项检测结果的分析评价,在公路桥梁设计规范的基础上,引入桥梁检算系数、耐久性恶化系数、截面折减系数和活载修正系数分别对极限状态方程中结构抗力效应和荷载效应进行修正,并通过比较加以判定结构或构件的承载能力状况。
2)检测评定需要对桥梁结构进行详细的检查,并对各项检测指标的定量或定性评价。
3)桥梁技术状况的改变对承载能力评定影响主要体现在两个方面:影响结构构件的荷载效应;影响结构构件的抗力效应。桥梁承载能力评定时技术状况的影响通过引入的检算系数体现。
(2)桥梁承载能力评定法的体系
改进的桥梁承载能力评定方法是在桥梁现状检查的基础上,根据桥梁结构的材质状况检测结果、结构固有模态参数测定以及荷载调查分析的情况,引入检算系数以体现桥梁技术状况对荷载效应及抗力响应的影响。因此新的桥梁承载能力评定方法的体系需要对桥梁进行一般检查的基础上还要进行详细的检查,详细检查的主要内容包括:
1)桥梁几何形态参数的测定;
2) 结构横在编译状况的调查;
3)桥梁结构构件的材质强度的检测与评定;
4)混凝土中钢筋锈蚀电位的检测;
5)混凝土中氯离子含量的测定;
6)混凝土电阻率的检测;
7)混凝土碳化状况的检测;
8)混凝土结构钢筋分布状况的调查;
9)桥梁结构固有模态的测定;
10)索结构索力的测定;
11)桥梁墩台及基础变位情况的调查;
12)地基与基础的检测。