某连续箱梁桥承载能力检测评定

林阳子，钟建国

（1.广东省交通规划设计研究院股份有限公司，广东广州510507；2.广东盛翔交通工程检测有限公司，广东广州511400）

某连续箱梁桥承载能力检测评定

林阳子1，2，钟建国1，2

（1.广东省交通规划设计研究院股份有限公司，广东广州510507；2.广东盛翔交通工程检测有限公司，广东广州511400）

随着公路交通的发展，对荷载等级及行车条件的要求不断提高，由于结构自然老化、车辆荷载增加，加上不利的环境影响以及养护维修欠缺，桥梁结构不可避免地会出现各种病害，各病害的发展状况和严重程度将会引起桥梁结构承载能力和耐久性降低，甚至导致桥梁结构使用功能衰退、运营状况不能满足规定的要求，既有桥梁的健康状况日益受到人们的关注。因此，分析桥梁结构的病害并对桥梁状况进行全面、准确的评定，对既有桥梁承载能力评定是桥梁安全性研究的重要内容之一。

连续箱梁桥；既有桥梁；承载能力评定

目前，在我国公路上有大量运营中的预应力混凝土桥梁，这些桥梁在建造和使用过程中，由于设计、施工问题及材料本身随时间的劣化、环境侵蚀等一系列因素的作用，不可避免地会产生不同程度的损伤；同时随着公路运营能力的不断提升，还有不少桥梁存在设计等级偏低等安全问题，深入研究这些桥梁的损伤程度、承载潜力、安全储备及剩余寿命等问题将是今后能否合理利用它们的关键所在［1］。因此，对既有桥梁，特别是年份久的桥梁，进行承载能力评定是一项必要且重要的工作。

桥梁承载能力评定即通过对桥梁的全面检查评定，达到下列目的：

（1）通过对桥梁主体结构及其附属构造物病害和损伤全面细致和深入的检查，查明缺损的部位、性质、严重程度及发展趋势，分析缺损产生的主要原因，评定桥梁的使用功能，并提出相应的养护对策。

（2）通过对桥梁技术状况的全面检查和评定，确定桥梁的技术状况等级，提出结构维修、加固和交通组织等建议。

（3）通过桥梁技术状况的综合评定，确定桥梁的技术状况等级，分析和评价缺损对桥梁质量和承载能力的影响，对进行特殊检查的必要性进载行分析。

（4）对桥梁管理系统数据库的基本数据进行校核，对数据有误或数据变更的项目提供相应的变更数据和补充数据，协助有关部门完善公路桥梁数据系统的管理。

根据《公路桥梁承载能力检测评定规程JTG/ T J21-2011》规定，桥梁承载能力评定参考流程见图1。

图1　桥梁承载能力评定参考流程

1　工程案例

某桥梁某桥梁位于佛山市均安镇乡道Y813勒均线上，桥梁中心桩号K0+459，是一座跨河桥，水流方向与桥轴交角为90°。桥梁全长188.0 m，桥面总宽为23.5 m，双向4车道。上部结构：1#～2#孔、5#～7#孔为钢筋混凝土空心板（单幅单孔8片板梁），3#～5#孔为混凝土变截面连续箱梁，跨径组合为（15.50+16.67+35.00+50.00+35.00+ 16.67+16.28）m。下部结构：0#、7#台为钢筋混凝土框架式桥台，1#、6#墩为单排双柱式桥墩，2#～5#墩为钢筋混凝土V型桥墩（如图2所示）。

往年该桥梁外观检查评定为三类桥，为了解该桥的实际工作能力以及该桥的病害情况、承载能力情况，受地方公路局的委托，对该桥进行外观检查、专项检测、技术状况评定及承载能力检算。

图2　桥梁概况

2　桥梁状况检测评定

2.1桥梁外观检查及技术状况评定

根据《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/ T H21-2011），组织人员对该桥进行了全面详细的外观检查，综合考虑病害检查状况，对该桥进行了桥梁技术状况评定，见表1。

表1　桥梁技术状况评定表

2.2桥梁材质状况与状态参数检测评定

对该桥进行了详细的材质状况与状态参数检测，检测结果如下：

①桥面线形较平顺，主梁未见异常变形，表明目前桥面线形较稳定；

②桥梁总体构件尺寸及恒载状况相对于竣工时无明显差异；

③该桥主桥箱梁混凝土（旧规范50#混凝土）实测强度推定值在45.2 MPa以上，桥梁材质强度检测评定标度为1，但考虑该桥营运年限达16年，混凝土龄期大于1 000 d，故测试结果仅作参考；

④全桥主梁共检测了4个测区，每个测区检测20个测点，检测结果为无锈蚀活动性或锈蚀状态不确定；

⑤混凝土氯离子含量检测结果评定标度为1，表明主梁诱发钢筋锈蚀的可能性很小；

⑥对全桥共进行了11组电阻率检测，其检测结果存在几处评定标度为4的构件部位，表面构件局部混凝土导电能力强，钢筋锈蚀可能发展的速率快；

⑦混凝土桥梁碳化深度检测，测试构件混凝土的碳化深度平均值在2.0mm左右，主梁混凝土碳化深度检测结果评定标度为1；

⑧选取左右幅主桥主跨及边跨共计13处，所有测区钢筋保护层厚度评定标度值均为1、2，对结构钢筋耐久性影响不显著或有轻度影响；

⑨本桥实测基频为2.304 Hz，高于理论计算频率1.807 Hz，表明桥梁结构的竖向静力刚度满足要求，评定标度值为1。

3　桥梁承载能力评定

桥梁承载能力评定包括持久状况下承载能力极限状态和正常使用极限状态。承载能力极限状态针对的是结构或构件的截面强度和稳定性；正常使用极限状态主要针对结构或构件的刚度和抗裂性。

根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》规定，当桥梁结构或构件的承载能力检算系数评定标度D≥3时，应进行正常使用极限状态评定计算。

由于缺少下部结构资料，本次不包括下部结构承载能力检算，仅对主桥主跨进行评定。

3.1承载能力检算评定依照公式

配筋混凝土桥梁承载能力极限状态，应根据以下公式进行计算评定：

式中：γ0为结构重要性系数；S为荷载效应函数；R（·）为抗力效应函数； fd为材料强度设计值；αbc为构件混凝土几何参数值；αds为构件钢筋几何参数值；Z1为承载能力检算系数；ξc为配筋混凝土结构的截面折减系数；ξe为承载能力恶化系数；ξs为钢筋的截面折减系数。

3.2承载能力检算系数评定标度D的计算

配筋混凝土桥梁，应综合考虑桥梁结构或构件表观缺损状况、材质状况和桥梁自振结构频率等的检测评定结果，按下列规定确定承载能力检算系数Z1，见表2。

表2　上部结构承载能力检算系数评定标度D

参照以上结果，承载能力检算系数评定标度D为2.2。根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011），可得上部结构预应力混凝土连续梁主桥第四跨（中跨）跨中截面抗弯承载能力检算系数Z1为1.08，本次偏安全地按1.00计取。

3.3上部结构承载能力恶化系数（ξe）计算

根据上面材质状况与状态参数检测评定结果，得出上部结构恶化状况评定值见表3。

表3　恶化状况评定值

根据环境条件为干湿交替、不冻、无侵蚀性介质，第四跨恶化状况评定值E为2.01，根据规范可得承载能力恶化系数ξe为0.0403。

3.4桥梁截面折减系数（ξc）计算取值

依据材料风化、碳化、物理和化学损伤三项检测指标的评定标度得到主桥变截面连续箱梁的截面折减系数见表4。

表4　桥梁截面折减系数ξc值

3.5钢筋截面折减系数（ξs）取值

根据桥梁外观及检算位置附近截面破损情况，主桥连续箱梁主跨钢筋截面折减系数ξs按0.98计算。

3.6主桥变截面箱梁检算

根据设计图纸，采用有限元计算程序Midas对主桥主梁截面的承载力进行计算，建立空间有限元模型。检算中考虑了汽车荷载（含冲击力）；非机动车道与机动车道无分隔带，按最不利情况考虑非机动车道满布汽车荷载（全桥整体按六车道，半幅单独按三车道计）；考虑温度荷载作用；不考虑桥面铺装参与受力，仅当附加二期恒载考虑；考虑人行道板自重；考虑过桥管线自重，按恒荷载计算。将主桥预应力混凝土变截面连续箱梁离散为个276节点，355个单元，其有限元模型如图3所示。

图3　主桥变截面连续箱梁桥计算模型

承载能力极限状态检算，荷载效应组合结果如表5所示。

表5　不同规范下的荷载组合

桥梁主桥检算部位的结构抗力按相关规范计算，并考虑承载能力检算系数Z1、承载能力恶化系数ξe、截面折减系数ξc、钢筋截面折减系数ξs，最终得到该桥承载能力极限状态检算结果见表6所示。

表6　主桥变截面箱梁承载能力极限状态检算结果

4　结语

（1）在不考虑桥面铺装共同参与受力的情况下，某变截面连续箱梁桥第四跨（主桥中跨）箱梁在原设计荷载等级“汽车-超20，挂车-120”的作用下，各控制截面均满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ 023-85）的承载能力极限状态及正常使用极限状态的要求。在现行规范荷载等级“公路—Ⅰ级”的作用下，主桥中跨跨中截面的抗弯承载能力略小于设计荷载值，其他控制截面承载能力均能够满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD 62-2004）的承载能力极限状态要求。

（2）全桥技术状况综合评定等级达到三类桥梁，主桥及下部结构情况总体较好，但上部结构技术状况等级评定为四类，为差的级别，主要是引桥部分钢筋混凝土空心板存在裂缝超限的情况，管养单位需引起重视，采取有针对性的加固措施，或施行交通管制。

（3）该桥实际交通量大，不利情况下的车间距相比于原设计车队间距小得多，承载能力恶化、截面折减、钢筋折减、其引桥外观状况较差等综合因素，建议必要时降低该桥设计荷载的使用等级。

［1］徐文平.既有预应力混凝土梁桥承载能力实桥试验及分析研究［D］.东南大学，2006.

［2］《某变截面连续箱梁桥检测及承载能力评估报告》［R］.广东省公路勘察规划设计院股份有限公司，2015，6.

［3］JTG/T H21-2011，公路桥梁技术状况评定标准［S］.中华人民共和国交通运输部，2011.

［4］JTG/T J21-2011，公路桥梁承载能力检测评定规程［S］.中华人民共和国交通运输部，2011.

Detection and Evaluation of the Bearing Capacity of a Continuous Box Girder Bridge

LIN Yang-zi1，2，ZHONG Jian-guo1，2
（1.Guangdong Province Communications Planning&Design Institute Co.Ltd.，Guangzhou 510507，China；2.Guangdong Shengxiang Traffic Engineering Testing Co.Ltd.，Guangzhou 511400，China）

Along with the development of highway traffic，the requirement for load grade and driving condition is increasingly becoming higher.Due to the natural aging，increasing vehicle load，the adverse environmental impact and the lack of maintenance and repair，various diseases inevitably arise in the bridge structure.The the severity of the disease would reduce the bearing capacity and durability of bridge structure.Therefore，it is of great importance for bridge safety research to analyze the disease of bridge structure and evaluate the status of bridge.

continuous box girder bridge；existing bridge；bearing capacity evaluation

U446

A

1671-8496-（2016）-03-0043-04

2016-01-04

林阳子（1983-），女，高级工程师，博士

研究方向：桥梁试验检测及索体系桥梁特殊检测及维修加固