旧式桥梁承载能力评定方法研究

李玉春

李玉春

怀化沅江电力开发有限责任公司湖南怀化418106

摘要：有关专家认为桥梁使用超过25年便进入老化期，然而据统计我国已有40%已属此范畴，即“高龄”桥梁。当特殊超重车辆经过旧桥时，是否超过其极限承载能力，旧式桥梁安全隐患比新桥明显增大，因此对旧式桥梁承载能力做出合理可靠评定显得尤为重要1～2。本文以湖南某风力发电站建设进场桥梁承载能力评定为背景，为该类旧事桥梁安全评定提供参考。

关键词：旧式桥梁；承载能力；安全评定

[中图分类号][文章标志码][文章编号]

TheresearchtoassessmentmethodofoldbridgebearingcapacityLIYuchun(ElectricPowerDevelopmentCo.,LtdofHuaihuaYuanjiang,Huaihua,Hunan,P.R.China,410004)[abstract]Someexpertsbelievethedomesticuseofthebridgemorethan25yearsenteredthestageofaging,however,itisestimatedthatourbridgehasabout40%ofthetotalbelongtothiscategory.Whenoverweightvehiclesthroughtheoldbridge,ifitisoveritsultimatebearingcapacity,potentialsafetyhazardoftheoldbridgeissignificantlylargerthanthenewbridge,soitisespeciallyimportanttomakereasonableandreliableassessmenttooldbridgebearingcapacity.Inthispaper,whichisbasedonassessmentofapproachingbridgebearingcapacityofawindpowerstationconstructioninHunan,toprovideareferenceforsafetyassessmentofoldbridge.[keywords]oldbridgebearingcapacitysafetyassessment

0背景

湖南某风电场工程进场道路位于邵阳市新宁县境内，起于新宁县县城，终至风雨殿风电场升压站，由省道348、县道078和新杨线部分路段组成。全线包括11座桥梁，桥梁建设年份1967～2002年，主要为空腹式板桥和拱桥。全线11座桥梁经过多年运营后，出现了一定的病害，能否达到最初的设计承载能力，是否能够满足电厂建设期大件运输车辆的通行要求，亟待对上述桥梁进行检测，评估其实际承载能力。

1评定目的

（1）评定桥梁的现有技术状况和承载力，明确桥梁是否满足风电场大件运输通行要求，为大件运输道路中桥梁临时加固提供技术依据。

（2）了解桥跨结构的实际工作状态，为桥梁的日常养护和维修提供科学依据。

（3）建立和积累必要的技术资料，完善桥梁数据库。

2评定内容

（1）桥梁调查与检测：包括桥梁技术资料收集与调查、桥梁结构外观检测、材料强度检测等。

（2）桥梁技术状况评定：根据外观检测的病害情况，按照《公路桥涵养护规范》（JTGH11-2004）的评定标准和评定方法对桥梁现有的技术状况进行评估。

（3）桥梁结构检算：根据桥梁技术资料收集与调查、桥梁结构检测和材料强度检测的结果进行承载能力检算。

（4）静动载试验：根据具体情况，选择有代表性的桥梁进行静动载试验。

3评定方法

公路桥梁技术状况评定包括桥梁构件、部件、结构（桥面系、上部结构、下部结构）和全桥评定。公路桥梁技术状况评定应采用分层总和评定与5类桥梁单项控制指标相结合的方法，先对桥梁各构件进行评定，然后对桥梁各部件进行评定，再对结构（桥面系、上部结构、下部结构）分别进行评定，最后进行桥梁总体技术状况的评定。桥梁总体技术状况评分，按下式进行计算：

Dr=BDCI×WD+SPCI×WSP+SBCI×WSB

式中：Dr—桥梁总体技术状况评分；

BDCI—桥面系技术状况评分；

SPCI—上部结构技术状况评分；

SBCI—下部结构技术状况评分；

（Dr、BDCI、SPCI、SBCI值域皆为0～100）

WD—桥面系在全桥中权重，权重为0.20；

WSP—上部结构在全桥中权重，权重为0.40；

WSB—下部结构在全桥中权重，权重为0.40。

3评定标准

桥梁主、次要部件以及总体技术状况技术评定标度及对应状况描述如表3.1～表3.3所示.

表3.1桥梁主要部件技术状况评定标度

4桥梁结构验算

结构计算模型、几何特性、边界条件等必须与实际结构相一致，结构计算模型必须能反映结构分阶段形成的特点，正确反映各重要工况下的结构特性及荷载状况。由于本项目桥梁修建年代久远，设计图纸和相关技术资料缺失，故结构检算只能参照同类桥的资料并结合现场检测数据进行承载能力极限状态计算。

本次大件运输包括机舱、轮毂、叶片以及其他构件。故结构检算取最大荷载机舱运输荷载进行检算，荷载模型见图4.1所示。

5工程实例

某桥为跨径3×15m的双曲肋拱桥，单跨跨径为15m，失高为3m，矢跨比f0/l0=1/5，拱上建筑为空腹式腹拱圈和拱顶实腹段组成。主拱圈由6块拱肋组成，拱肋宽度为0.4m，肋高为0.7m，拱肋净距是0.9m，每两块拱肋之间有5块横隔梁，横隔梁间距是0.25m，横隔梁长0.9m，宽0.2m，高为0.15m，如图1.3。下部结构采用重力式墩台，扩大基础，具体如图5.1～5.2所示。

5.1结构外观检测

5.1.1、水文调查

通过对查阅飞仙桥原养护有关资料和现场走访调查：该桥为跨河桥，没有被洪水淹没的历史。

5.1.2、河床、基础冲刷

该桥为三跨结构的肋式拱桥，部分桥墩有轻度冲刷，桥台及基础不存在冲刷现象。

5.1.3、上部结构外观检测

该桥由于建设年代较远，于1966年建成，1968年进行维修加固，检测时主拱圈没有发现明显的开裂、变形、渗水，但是部分位置有风化现象，造成砌体表面剥落。拱上的腹拱里还长有青苔杂草。

5.1.4、桥面、排水系统以及护栏等附属结构检测

①桥面铺装及排水：桥面为沥青混凝土路面，无伸缩缝，局部出现波浪拥包。另外，局部排水不畅。

②护栏及人行道：桥面护栏为钢筋混凝土护栏，保持比较完整，有局部开裂，但无剥落，蜂窝麻面现象，且无人行道。

③锥坡：两桥台锥坡均有较小程度的损坏和长有杂草，桥头两端桥台锥坡垃圾满地。应采取措施将杂草其清除，将损坏的地方进行修缮，以免继续恶化而影响桥梁的正常使用。

5.2外观检测评定结果

5.2.1上部结构

经计算该桥上部结构评分SPCI为89.37分。

5.2.2下部结构

经计算该桥下部结构评分SBCI为80.06分。

5.2.3桥面系

经计算该桥桥面系评分BDCI为75.00分。

5.2.4总体评分

经计算该桥总体评分Dr为82.77分。

5.3计算模型建立

由于该桥为（15+15+15）m的三跨双曲拱桥，横向计6片拱肋，本次计算利用MIDASCIVIL/2010建立杆系模型进行计算分析（如图5.3所示）。

①跨中截面最大正弯矩测试的静载试验效率为0.96。拱圈上各测点的应力校验系数在三级加载时达到1.38，证明弯曲刚度不足；残余应力校验系数在0.03～0.12之间，均小于0.2，但其值较大，说明结构的回弹性能有限。

②校验系数达到1.22，残余挠度校验系数在0.00～0.17之间说明桥梁结构刚度有限，回弹性能有限。

5.5动载测试

5.5.1有限元建模计算及结果

本桥运用MIDAS/Civil程序进行自振振型与频率的分析，计算模型见图4.2所示，得到（15+15+15）m跨径桥梁的一阶自振模态图，理论分析与实际测量结果如图5.8所示。

5.5.2动载试验结果小结

动载试验结果表明：该桥跑车试验比较理想，自由衰减振动信号波形较完好，第1阶竖向弯曲振动频率及阻尼可被准确识别。可以看出，试验跨测试频率均比计算频率小，表明各测试跨的整体刚度不足。

5.6试验结论

经过承载能力检算及荷载试验，鉴定该桥的承载能力不足，难以满足大件运输的荷载要求。考虑到该桥已经修建十多年，曾经又维修加固过，加之该桥外观检测存在许多病害，现场检测采集到的目前桥梁外观质量状况的各种信息资料显示，该桥桥台的许多病害已经影响到结构安全及正常使用。再由于裂缝的存在而引起桥台渗水相当严重。该桥评定为二类桥3～6。

参考文献

[1]李捷.简支梁承载能力的验算分析[J].甘肃科技,2009,09:140-142.

[2]刘文深.桥梁结构检测及其承载力评定[J].山西建筑,2011,12:197-198.

[4]JTJF80/1-2004.公路工程质量检验评定标准[S]

[3]JTG/TJ21-2011.公路桥梁承载能力检测评定规程[S]

[6]JTGD62-2004.公路钢筋混凝土及混凝土桥涵设计规范[S]

[5]JTGD60-2004.公路桥涵设计通用规范[S]