承载能力综合评定体系在某大跨径预应力连续箱梁桥中的应用.pdf

图1桥梁承载能力综合评定体系图 缺损状况 （权重0.32） 钢筋锈蚀电位 （权重0.11） 混凝土电阻率 （权重0.05） 混凝土碳化状况 （权重0.20） 氯离子含量 （权重0.15） 混凝土强度 （权重0.05） 混凝土保护层厚度 （权重0.12） 混凝土碳化 （权重0.35） 承载能力 恶化系数xe 材质强度 （权重0.3） 材料风化 （权重0.1） 截面折减 系数xc 物理与化学损伤 （权重0.55） 自震频率 （权重0.3） 交通量影响 修正系数xq1 轴载分布影响 修正系数xq3 承载能力极限状态满足要求 大吨位车辆混入 影响修正系数xq2 活载影响修正系数 xq（xq1xq2xq3）蚧 虔 g0S≤R（fd，xcadc，xsads）Z1（1-xe） 承载能力极限状态不满足要求，当S R1.01.2时，可通过 荷载试验确定校验系数，查出Z2值并代替Z1值，重新检算。 缺损状况 （权重0.4） 承载能力 检算系数Z1 是 否 广东土木与建筑 GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2013年4月 第4期 APR 2013 No．4 部颁标准JTG T J21-2011公路桥梁承载能力 检测评定规程的发布，替代了实施30多年的公路 旧桥承载能力鉴定方法（试行）［（88）公路技字11 号］，新规程主要从结构缺损状况调查评估、质量状 况检测评定、结构检算评定和荷载试验评定等四方 面对桥梁承载能力进行渐进、系统的检测评定，为广 大桥梁检测技术人员提供了更可行的依据和方法。 它主要根据现场和试验室的检查和检测结果，确定 各检测指标的评定标度，加权后确定各分项系数的 评定标度值继而查表， 确定分项系数的参数取值。 对于配筋混凝土桥梁承载能力极限状态， 其综合评 定体系如图1所示；正常使用极限状态的检算在规程 中已给出，本文不再赘述。 1工程概况 某桥位于高速公路上，建于2002年，为一座南 北走向的42孔预应力混凝土梁桥，总长1055m。 本 次检测的三跨主桥跨径组合为45m70m45m，由南 到北依次为K20孔～K22孔，上部结构为现浇变截面 承载能力综合评定体系在某大跨径预应力连续箱梁桥中的应用 李 猛 （佛山市顺德区建设工程质量安全监督检测中心广东佛山528300） 摘要基于新的评定规程中的承载能力评定体系，在不进行荷载试验的情况下，通过对某大跨径桥梁的现场检查和一系 列无损检测及检算评定等手段，确定了桥梁的承载能力状况。 关键词承载能力； 评定； 检算 Application of the System for uation of Load-bearing Capacity in a Long-span Continuous Prestressed Box-girder Bridge LiMeng （Foshan Shunde Construction Quality and Safety Supervision and Testing CenterFoshan 528300，China） AbstractBased on the system for uation of load-bearing capacity in new specification，and under the condition of nonload-testing， this paper determines the load-bearing capacity of bridge by means of inspection on the spot，series nondestructive testings and check- calcuation. Keywordsload-bearing capacity；uation；check-calcuation 55 表2混凝土强度检测结果 检测 构件 及部位 强度 推定值 （MPa） Kbm（平均 强度匀质 系数） Kbt（推定 强度匀质 系数） 评定 标度 强度 状态 南跨左腹板53.81.01.081良好 南跨底板51.51.01.031良好 中跨右腹板52.81.01.061良好 中跨底板52.61.01.051良好 北跨右腹板56.91.01.141良好 表1主桥技术状况评定结果 部位类别评价部件 部件 权重 部件 得分 部位 得分 部位 权重 上部 结构 1上部承重构件0.7047.3 65.10.42上部一般构件0.1888.7 3支座0.12100 下部 结构 4桥墩0.4587 90.30.4 5墩基础0.42100 6河床0.10100 7调治构造物0.03100 桥 面 系 8桥面铺装0.4493 86.00.2 9伸缩缝装置0.2875 10栏杆、护栏0.1193 11排水系统0.1171 12照明、标志0.06100 李 猛 承载能力综合评定体系在某大跨径预应力连续箱梁桥中的应用APR 2013No．42013年4月第4期 预应力混凝土连续箱梁， 单幅桥箱梁均为单箱双室 结构，梁高2～4m；顶板宽16.7m、厚0.25m，悬臂长 2.4m，悬臂板根部高0.55m，悬臂端高0.25m；底板宽 11.9m、厚0.22～0.45m，腹板宽0.45～0.65m；箱梁内顶 板加腋为0.6m0.3m，底板加腋为0.2m0.4m。其余各 跨为引桥， 单幅引桥上部结构均由16片预应力混凝 土空心板梁组成，梁高1m，边梁和中梁底宽分别为 1.09，0.99m。 下部结构采用钢筋混凝土一字型桥台 和桩柱式桥墩，墩台基础均采用f800钻孔灌注桩。 桥面铺装共分3层，由底至面分别为8mm钢筋 混凝土层、15mm稀浆封层和45mm沥青改性混凝 土（SMA-16 ）层。全桥共设置10道型钢伸缩缝，其余 跨间桥面均为连续构造。桥面总宽39m，横向分内圈、 外圈两幅，每幅为单向4车道，桥宽布置为0.5m （防 撞护栏）16m（车行道）0.5m（防撞护栏）17m ，中央 分隔带为5m。 全桥预应力钢绞线均采用f j15.24高强低松弛 钢绞线，标准强度Rby1860MPa，Ey1.95105MPa。主 桥中墩和边墩处梁下设盆式橡胶支座，引桥空心板 梁下设f20042球冠橡胶支座。 上部结构预应力混 凝土空心板梁和箱梁均为C50混凝土；下部结构桥 墩盖梁和桥台台帽分别为C40、C30混凝土。 设计荷 载为汽车-超20级，验算荷载为挂车-120、特种-300； 抗震标准为地震基本烈度7度设防。 2桥梁现场检测结果 2.1桥梁缺损状况检查 按JTG H11-2004公路桥涵养护技术规范并 参照JTG T H21-2011公路桥梁技术状况评定标 准的相关要求，对该桥的上、下部结构、桥面系等进 行了全面检查，并根据检查结果进行评定，见表1， 桥梁总体技术状况评分为79.4，等级为3类。 2.2材质强度检测 按照回弹法检测混凝土抗压强度技术规程进 行混凝土抗压强度检测。 本次选取了箱梁腹板及底 板等5个具有代表性的关键部位共50个测区进行 检测，实测结果见表2。 2.3桥梁结构自振频率检测 桥梁自振频率变化不仅能反映结果损伤情况， 而且还能反映结构整体性能和受理体系的改变，通 过测试桥梁自振频率的变化， 可以分析桥梁结构性 能和评价桥梁工作状态。 采用DASP-V10振动分析 软件及压电式拾振器， 采集箱梁结构在地脉动等自 然激励作用下的振动特性， 实测自振频率与理论计 算频率之比fmifdi1.14，自振频率评定标度取1。 2.4混凝土氯离子含量 采用化学分析法， 在构件测区不同深度取样，通 过对样品进行化学分析的方法加以测定。本次检测选 取了箱梁腹板及底板等5个具有代表性的关键部 位，实测各构件氯离子含量为0.04～0.09，均小于 0.15，表明诱发钢筋锈蚀的可能性很小，氯离子含 量评定标度取1。 2.5钢筋锈蚀电位 采用半电池电位法进行测定，通过测定钢筋 混 凝土作为一个电极与在混凝土表面的铜 硫酸铜参 考电极之间的电位差，评定钢筋的锈蚀状态。本次检 测选取了箱梁腹板及底板等5个有代表性的关键部 位，各构件实测电位水平为-107mV～-184mV，均未 达到-200mV，表明钢筋无锈蚀活动或锈蚀活动性不 确定，钢筋锈蚀电位评定标度取1。 2.6混凝土电阻率 采用四电极阻抗测量法测定， 选取了箱梁腹板 56 表5箱梁截面抗弯强度计算结果 最不利组合弯矩（kNm）极限 承载力 R（kNm） Z1（1-xe） 极限承载力 RZ1（1-xe） （kNm） 汽车 -超20 挂车 -120 特种 -300 4866039766523821050781.07112434 8709273118877981615191.07172825 -136944-139755-135140-4887461.07-522958 802966578152160611.0717185 2082917967199921004591.07107491 箱梁 截面 正截面 检算内容 边跨距端部14m处正弯矩 中跨跨中正弯矩 中墩支座处负弯矩 边墩支座处 中墩支座处 斜截面 表4承载能力分项检算系数取值 系数取值说明 Z11.09受弯构件，结构技术状况评定值D＝2.1 xe0.018 恶化状况评定值E1.88； 环境条件干燥，不冻，无侵蚀性介质 xc1.0混凝土截面不折减 xs1.0钢筋截面不折减 图2箱梁计算模型 表3钢筋保护层厚度检测结果 检测构件 及部位 检测 部位 平均值 （mm） Dne （mm） Dnd （mm） DneDnd 评定 标度 南跨 左腹板 北侧4137.7301.261 跨中3935.3301.181 南侧4037.0301.231 南跨 底板 北侧3732.2301.071 跨中4339.3301.311 南侧3832.6301.091 中跨 右腹板 北侧4033.6301.121 跨中4131.7301.061 南侧4135.1301.171 中跨 底板 北侧4741.5202.031 跨中3828.7201.441 南侧3429.1201.461 北跨 右腹板 北侧3831.6201.581 跨中3328.9201.461 南侧3228.8201.441 广东土木与建筑APR 2013No．42013年4月第4期 及底板等5个有代表性的关键部位布置测区，各测 区混凝土最小电阻率38000～74000Ωcm，表明钢筋 的可能锈蚀速率很慢，混凝土电阻率评定标度取1。 2.7材料风化 采用人工触摸和观察方法，根据对箱梁构件的 多个代表性部位的检查，构件表面较光洁，手搓构件 表面，无沙粒滚动摩擦的感觉，手掌上粘有少量构件 材料粉末但无沙砾，表明箱梁材料处于微风化状况， 材料风化评定标度取1。 2.8钢筋保护层厚度检测 采用电磁感应法进行测定，并对有争议位置凿 孔验证。 本次检测共选取箱梁腹板、顶板和底板共5 个构件15个测区，各测区布置33个测点，检测结果 见表3，其中Dne、Dnd分别代表特征值和设计值，结果 表明钢筋保护层厚度对结构钢筋耐久性影响不显著。 2.9混凝土碳化深度检测 以酸碱指示剂喷在混凝土的新鲜破损面上，根 据其颜色变化测量混凝土的碳化深度， 构件及测区 选取与钢筋保护层厚度相同，检测结果表明，各构件 碳化深度平均为0.5mm， 远小于钢筋保护层厚度实 测值34～41mm，Kc（碳化深度 保护层厚度）0.01 ，均 远小于1，故评定标度取1。 2.10活载影响 本项目未进行活载影响调查， 故活载影响修正 系数xq取1.0。 3箱梁承载能力检算 3.1检算模型及荷载参数 本次检 算 采 用 “桥梁博士”软 件对箱梁进行了 分析， 共划分162 个单元。 计算模型 如图2。 恒载包括箱梁自重、桥面铺装和防撞护栏重 量，沥青混凝土、钢筋混凝土容重取23，25kN m3 ；活 载采用设计荷载。 3.2检算内容及结果 ⑴承载能力极限状态检算 根据以上检测，该主桥箱梁有中等缺损，混凝土 质量良好，箱梁尚能维持正常使用工作，根据规程 7.7规定，承载能力分项检算系数取值见表4。 ①正截面抗弯强度 根据承载能力检算判式， 该桥上部结构箱梁正截面荷载极限弯矩最不利组合 57 表7活载作用下箱梁跨中最大挠度值 检算截面 挠度（mm）允许值（mm） （L 600Z1）汽车-超20级 边跨最大处10.789 中跨跨中24.3137 表6主桥箱梁应力限值 检算 内容 箱梁应力 限值 （MPa） 汽车-超 20级组合 荷载Z1 挂车-120、 特种-300 组合荷载Z1 正应力最大压应力19.122.9 主应力 主拉应力-2.6-2.9 主压应力22.924.9 注）“”表示为压应力，“－”表示为拉应力。 訴主应力（MPa） 訳正应力包络图（MPa） 11.46 10.63 11.55 12.01 10.3311.07 11.96 11.47 10.6311.40 11.55 11.46 12.0111.9611.4711.40 -0.82 -0.87 -1.03 -1.06-0.87 -0.82 图3汽车-超20级组合荷载下箱梁应力图 值及截面极限抵抗弯矩计算结果比较见表5， 可见 在汽车-超20荷载（其他设计荷载略）作用下箱梁 正截面抗弯强度满足原设计的安全承载要求。 ②斜截面抗剪强度根据承载能力检算判式， 箱梁斜截面最大剪力组合值及斜截面极限抗剪强度 比较见表5，可见在汽车-超20级组合荷载（其他设 计荷载略）作用下箱梁斜截面抗剪强度满足原设计 的安全承载要求。 ⑵正常使用极限状态检算 ①正常使用极限状态应力根据规程7.3.3 第1条规定，钢筋混凝土桥梁正常使用极限状态下 限制应力s d＜Z1sL，在汽车-超20组合荷载（其他 设计荷载略）作用下，箱梁截面上下缘的最大、最小 正应力如图3a；汽车-超20级组合荷载（其他设计荷 载略）作用下箱梁截面的最大、最小主应力如图3b。 各组合荷载作用下箱梁应力允许值见表6。 由以上计算结果和应力限值可知，在汽车-超20 级组合荷载、挂车-120组合荷载、特种-300组合荷 载作用下，箱梁上缘最大压应力分别为（12.01，11.55， 12.99）MPa， 箱梁下缘最大应力分别为（11.55，10.82， 12.16）MPa，分别小于其应力限值（19.1，22.9，22.9）MPa。 箱梁最大主拉应力分别为（1.05，0.93，1.23）MPa，分别 小于其应力限值（2.6，2.9，2.9）MPa；箱梁最大主压应 力分别为（12.01，11.55，12.99）MPa，分别小于其应力 限值（22.9，24.9，24.9）MPa。 由以上计算结果可知，在正常使用极限状态下， 该预应力混凝土箱梁应力满足规范要求。 ②正常使用极限状态变形量根据规程7.3.3 第2条规定， 配筋混凝土桥梁正常使用极限状态下 荷载作用的变形为fdl＜Z1fL，在汽车-超20级荷载作 用下，箱梁跨中最大挠度计算结果见表7。 由表7计算结果可知，在汽车-超20级荷载作 用下， 该桥上部结构箱梁最大理论计算挠度小于规 范允许值，满足规范要求。 4检算结论 综合上述检算结果，可以得出以下结论目前该 预应力混凝土箱梁承载能力满足原设计汽车-超20 级、挂车-120及特种-300荷载等级的承载要求。 在后期的工作中，因桥梁管理方的需要，进而对 该桥箱梁进行了多个工况的荷载试验工作， 试验结 果同样表明该桥承载能力仍满足原设计的要求，也 进一步验证了本文的检算结果的准确性。 参考文献 ［1］JTG T J21-2011公路桥梁承载能力检测评定规程［S］ ［2］JTGD 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