维普资讯 http://www.cqvip.com 适第６ｌ期 南京市政 ２ｏ０２年第３期 桥梁承载能力评定方法的研究 。顾惠斌 南京市市政设计研究院道桥所 摘要：根据已建桥梁的受力特点和损伤程度，采用承载能力系数方法评定已建桥梁的实际承载能勾。 别令绍了对已建钢筋混凝土桥梁结构正截面和斜截面强度的评定方法。 关键词：已建桥梁 承载能力 正截面强度 斜截面强度 评定方法 ｌ、前言 各支点附近承受负弯矩的截面的抗弯承载能 系 数。 在南京市今年十大重点工程——江北大道四 期改造工程中，有座七十年代未建的３×３０ｍ＋２× 承载能力系数表达式为： Ｒ． ７ ２０ｍ的马汊河大桥，本次改造工程将原有四车道拓 宽为六车道，也就是在保留老桥的基础上，在其一 例拓宽一座新桥。这样，原有老桥的质量或者说是 其承载能力就成为该项工程设计的关键。其实，类 似这样的情况，在城市道路改造工程中，已是一个 很普通的问题，特别是由于近年来交通量的激增和 车辆载重的不断增加，加速了已建桥梁质量退化的 过程。因此，已建桥梁的质量状况正日益受到桥梁 ７ Ｌ＋＋Ｌ Ｉ Ｒ．Ｆ．为桥梁承载能力系数。Ｒ为被评估载面 的真实极限强度，所谓真实极限强度是指根据宴测 的截面参数及材料特性计算所得的截面强度， 应 不同的失效模式可以是抗弯 度、抗剪强良等指 标；在既有结构的评定中，还≈考虑结构的损 程 度对截面的影响，对截面强嚏 行 算：Ｉ｛ 矗恒 工程界的关注。那么如何评定或评估已建桥梁的 质量状况或者是承载能力呢？ 本文将利用承载能力系数来评定桥梁承载能 力。主要工作如下： １）既有结构正截面强度评定方法； 载的荷载系数；７Ｄ为活载的荷载系数；ｊ为活孰的 冲击系数；Ｄ为截面的恒载 瘟：Ｉ为馘面 内活转效 应。 从上面桥梁承 能 ；姒ｂ Ｉ井厶八・ “ 以 看到该系数与截面的真实极限强度、恒载与活载效 应等因素有关，而既有桥梁中，还应当考虑结构损 ２）既有结构斜截面强度评定方法：包含连续 粱、深梁等结构的抗剪强度的评定方法。 ２、利用承栽能力系数评定桥梁承栽能力 伤对承载能力计算的影响。下面逐一介绍本文对 这些因素的处理方法。 ３、截面的真实极限强度 桥梁承载能力系数是指在给定荷载条件下，桥 梁截面的真实强度与荷载效应的比值。对一座桥 梁进行评估时，每个关键截面的每一种失效模式均 截面的真实强度不仅与截面尺寸和材料特性 （主要是强度）有关，还和桥梁的运营状况（如材料 需进行相应的承载能力系数计算，其最小值便代表 了该桥梁承受规定荷载的能力。 质量、结构损伤等）密切柘 。 ． 工ｆ ，必要时 候可通过实测或材料试验获得所需数据。截面的 评估过程中，首先要确定每一种失效模式，即 破坏模式。不同型式的桥梁结构，其失效模式是不 同的 简支梁在最不利布载下的最大剪力一般在 支点至１／８跨之间，最大弯矩通常在跨中附近，只 要对这两处分别进行抗剪、抗弯的承载能力系数计 真实强度计算中，涉及到材料的真实强度，截面的 实际尺寸，钢筋的具体布置等问题。 钢筋混凝土梁和板等典型的受弯构件，赴公路 中小桥梁中应用十分广泛，例如桥梁的上部结构中 的梁、行车道板、人行道板，以及柱式墩ｒ台）中的盖 梁等均为受弯构件。在主要承受弯矩作用的鼓面 上，卡亳Ｉ件可能沿某令正截面（与粱的纵轴线或瓠的 算，就能了解梁的安全程度以及大致的失效模式。 连续梁中除了对每一跨度做上述计算外，还应计算 一２Ｏ一 维普资讯 http://www.cqvip.com 总第６１期 南京市政 ）ｉ斗一一 期 中面正交时的面）发生破坏，故需进行正截面强度 计算。而在某些截面，承受弯矩和剪力共同作用， 构件可能沿剪压区段内的某个斜截面发生破坏，故 还需进行斜截面强度计算。 ３．１混凝土强度的推断 经过长期使用的结构混凝土，其强度一方面随 龄期增长而提高，另一方面又因荷载的持续作用而 削弱。两种因素的共同作用，使得混凝土强度的变 化变得复杂。评定实桥强度时，应以实测的混凝土 强度为依据。 ３．２钢筋强度的推断 主筋面积可以依据设计资料、施工资料及相关 的维修加固资料，并参考现场调查情况（钢筋的锈 蚀、混凝土的剥落、关键截面的裂缝程度）进行分析 和判断。钢筋混凝土染桥在进行截面抗弯特性计 算时，如果其配筋数量及位置无法知道，则只能根 据实测横截面（可参照《公路旧桥承载能力鉴定方 法》［１］建议的方法）进行估算。 ３、３既有钢筋混凝土桥梁结构正截面强度评 定方法 既有结构在运营多年后，由于结构的自然老 化、车辆荷载的增加、不利的环境影响以及养护维 修的欠缺，桥梁不可避免地产生各种结构损伤。通 常，桥梁的使用期越长，结构损伤程度也越大。在 进行正截面强度评定的时候，必须考虑既有结构的 特征和损伤程度。 本文结合中小桥梁截面型式及力学特点，提出 了一套钢筋混凝土中小桥梁受弯构件正截面强度 的评定方法。与按规范评估桥梁正截面承载能力 的一般方法相比，本文提出的方法包含三个方面的 改进： １）对于矩形截面和Ｔ形截面，考虑不同的等效 矩形应力图； ２）考虑截面受压区的实际高度，对两类Ｔ梁进 行判断； ３）考虑既有结构的损伤程度 考虑结构损伤的正截面强度评定之可以表示 为： ＝ Ｒ 其中： 是正截面强度的评定值。 ，是正截面强度的计算值 Ｋ 是考虑钢筋锈蚀对正截面强度的折减。 苦羽筋锈蚀后的有效面积为Ａ ，其设计值为Ａ。，则 ：Ａ１／ ｏ 是考虑混凝土风化、剥滔 白｝ 睦化 对其强度的折减。“公路养护技术规违”ｒｌ ｒ１） ７３— ９６）的评定标准分为一～四类 ２ 宅结 果，对应一～三类桥梁，Ｋ，的取讪， 、 ．９、 ０．８，对于第四类桥梁，已属于危 。 ３．４既有钢筋混凝土桥梁， 一一定方 法 钢筋混凝土受弯构件在茼裁 一ｒ截面上 一般都同时作用有弯矩和剪力。诈翟 式验研究表 明，配有腹筋（钢箍或兼有弯起刑 …－－．ｊ混凝土 梁的斜截面破坏形式包括三种：钳如 ０ 和斜拉 破坏。在实际评估中，可先核算概 ． 是否满足 抗剪上、下限值，若不满足，可判 抗剪强度 计算，以避免构件剪压破坏。因此抖截面强度计 算，主要是指斜截面抗剪强度计算 ｆ 啮掏在运 营多年之后，结构存在不同程度ｎ 行斜 面截面强度的评定中必须考虑既ｆｊ 的特征和 损伤程度。钢筋混凝土桥梁［｝１存在 一 裂缝改 变了梁的传力机制和破坏形态，使 ｝ ｊ“战 抗剪 强度大为降低。 斜截面实际抗剪强度评定ｑ ．＿一 要因素 包括：１）《公路桥涵设计规范》［３ｊ中抖戏｝ 抗剪强 度计算公式中未考虑的因素（截丽形状、Ｒ寸效应 以及荷载性质等）；２）既有结构损侈： ＿ｒ征对结构抗 剪强度的影响（混凝土开裂、混凝士退化及钢筋的 锈蚀；腹板损伤裂缝对梁抗剪强度的影ｎ向；竖向裂 缝对箍筋抗剪能力的影响）。 本文采用的既有结构斜截面抗 强度评定方 法如下： Ｑ＝ ｌＩ（｜２（ ｌ Ｋ．３（Ｑｈｌ Ｑｈ２）＋ Ｑｋ＋Ｑ （３） Ｑｈｌ＝ｏ．ｏ１６８ ｂｈＯ／ｍ— ００８４ ｂｈｏｐ／ｍ Ｑ ｏ．０６０８ｃＡｋＲ ／ｓｋ Ｑ２＝０ Ｄ８Ｒ ∑ ｓ・ ｉｎａ 式中 斜截面抗剪强度的 定值；Ｑ 、 Ｑ 、Ｑ 、Ｑ 中各符号的意义参见 公 洒设计规 范》。下面各项为实际评定工作ｒ ｊ 』索： 。——考虑已有损伤斜裂缝的折减系数，当 损伤斜裂缝存在，取 。＝０．８，否啦科 ．，～，１．０； ——考虑钢筋锈蚀的强艘 ０ ，与正 维普资讯 http://www.cqvip.com 总第６１期 南京市政 ２Ｏ０２年第３期 截面强度评定方法中的ｌ（ｎ 相同；ｋＩ２＝Ａ。／ＡＯ，Ａ。为 钢筋锈蚀后的有效面积， 为其设计值； ｌ（ｈ ——尺寸效应系数， １ ，ｄ 梁高，ｄａ为骨料最大直径； ——Ｔ形梁的增大系数， ： 垡为截 面形状增大系数，ｈ。为翼缘板厚度，ｈ０为梁的有效 高度，ｂ为腹板厚度，矩形梁时可取 ＝１．Ｏ； ——混凝土实际强度折减系数，与正截面 强度评定方法中的 相同。 一一均布荷载提高系数， ＝２．０１８—０． １２８÷，÷≤１２，集中荷载时，则取 ＝１．ｏ； ——计算截面竖向操作裂缝的影响系数， 当计算截面的竖向裂缝存在时，取 ＝０，否则取 ｌ：１．Ｏ； 连续粱中，可按式（３）评定其斜截面抗剪强度， 采用折算得剪跨比ｍ’代人公式即可…。牛腿和深 粱中，亦可按式（３）评定其斜截面抗剪强度，但Ｑ Ｑ 和Ｑ 取值不同： ｍ Ｑ ｌ＝Ｉ（ｂｈ０Ｒ。；Ｑ ＝Ｋ曲ｈｏＰ；Ｑ｜ｋ＝Ｋ ｈｏ（１一ｍ） Ｐｈ 式中：ｒ，ｋ＝０．０２—０．００９５； ２．２（１一ｍ）≥１４； Ｐ 水平箍筋配箍率。 ４、结构恒栽及其荷栽系数 结构恒载可以根据构件截面尺寸、材料容重及 非结构构件的布设情况确定。一般，恒载在桥梁使 用过程中的变化相对较小，因此可以直接沿用设计 渣。同时参考收集到的桥梁养护、维修、加固等历 史资料，将有关截面尺寸及非结构构件的变化情况 反映到恒载的计算当中。对于预应力混凝土桥梁 结构，预加应力在结构承载能力极限状态分析时不 作为荷载，而将预应力钢筋作为结构抗力的一部 分。混凝土的收缩、徐变影响力在外部超静定的混 凝土结构中的作用是长期存在的，应作为恒载的一 薛分。 参照 公路桥涵没计规范》中的荷载系数规定， 本文采用的恒载系数为ｉ．２。 ５、确定桥梁结构实际承栽能力 按照上述方法确定了截面真实极限强度及恒 一２２一 载效应以后，利用承载能力系数来评定桥染结构的 实际承载能力。有多方面的实际应用价值： １）在给定的汽车荷载条件下，计算承载能力系 数确定桥梁结构的安全度。例如，对于需要过桥的 特殊重型车辆，计算最不利情况下的桥梁承载能力 系数，决定它可否安全通过桥梁。对于某条线路上 的苦干桥梁，在规定的通车等级下，分析各座桥梁 承裁能力系数变化情况，可以为有关管理部门提供 制定养护、维修、改建计划的基本信息。 ２）在指定的承载能力系数条件下，反算结构能 够矗乏担的汽车荷载等级。对于同一座桥，承载能力 系数越大，则结构能够承担的汽车荷载等级愈低； 反Ｚ，则结构能够承担的汽车倚载等级较大。承载 能力系数可以根据桥梁结构的重要性与适用性，参 考有关部门的意见制订。 冲击系数根据截面形式、桥梁跨度、桥面平整 度及车速情况确 ６、桥梁承栽能力计算模型 本文所建立的承载能力计算模型，可实现两个 目的，其一：在既定荷载条件下，计算荷载效应（包 括恒载与活载效应）。给出桥梁的 载能力系数；其 二：在指定的承载能力系数条件下，计算结构能够 承担的荷载等级。 建立承载能力计算模型时，采用粱格系有限元 分析方法。结构几何尺寸采用实测值，并参考现场 调查情况，依据钢筋混凝土结 质量退化秘忍 对该 处单元的 度参量折减；Ｘ寸于桥向铺装、人行道及 桥栏杆，可依据实际情况酌情考虑它们对结构承载 能力的贡献。混凝土和钢筋的强度及弹性模量采 用实测值，为真实反映桥梁的实际承载能力，对混 凝土考虑非线性结构关系，钢筋可视为弹塑性材 料，也可考虑屈服后的强化段。若有荷载试验的资 料（给定荷载作用下的钢筋、混凝土的应变分布，若 干断面上的挠度），可判断在给定荷载作用下桥梁 最不利受力截面的位置，然后通 积丹计算得到杷 应断面上的荷载效应。 ７、结论 ７．１．利用承载能力系数评定既有结构的实际 承载能力时，应考 既有结构的损伤状况和受力特 性。实际评定中，应当结合桥梁外观检查工作。 ７．２．本文提出的既有桥梁承载能力强度评定 方法适合城市及公路钢筋混凝土中小桥梁。
