加固橋梁整體受力性能分析

馮良勇

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司 沈陽市 110166)

0 引言

隨著交通量和車輛載重的日益增長，危舊橋梁數(shù)量不斷增加，對這些危舊橋梁一律予以拆除重建是不科學(xué)的，也是不現(xiàn)實的。國內(nèi)外資料表明[1-3]，舊橋的加固改造與拆除重建相比更經(jīng)濟，不但可以節(jié)省大量的資源，而且產(chǎn)生良好的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益，且對維護公路交通正常運營、保證沿線地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展等具有積極意義[4-5]。

橋梁加固前后整體受力性能對比分析是十分必要的，對全面衡量橋梁加固的實際效果具有重要意義。通過對遼寧省內(nèi)橋梁加固前后荷載試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分類，重點對比分析橫向分布系數(shù)、撓度和應(yīng)變校驗系數(shù)等在內(nèi)的各參數(shù)改善情況，總體上分析加固前后橋梁受力性能的改善程度。

1 橫向分布改善情況

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(征求意見稿)給出利用實測撓度計算荷載橫向分布系數(shù)見公式(1)

(1)

式中：mi表示試驗荷載作用下，測量截面第i片主梁的荷載橫向分布系數(shù)；fi表示試驗荷載作用下，測量截面第i片主梁的測點撓度；n表示梁的根數(shù)。

橫向分布情況反映了橋梁的橫向整體性能，當(dāng)實測橫向分布曲線與設(shè)計橫向分布曲線吻合得較好時，說明橋梁橫向剛度滿足設(shè)計要求。當(dāng)橫向分布實測值偏離其設(shè)計值時，說明橋梁的橫向分布存在問題[6]。因此，提出橫向分布系數(shù)偏差率指標，衡量橋梁橫向分布系數(shù)實測值偏離設(shè)計值的平均程度，以此評價橋梁加固前后的橫向分布情況，按下列公式計算橫向分布系數(shù)偏差率：

(2)

式中：Rm表示橫向分布系數(shù)實測值偏離設(shè)計值的程度；mhi表示加固前后第i根梁橫向分布系數(shù)實測值；mdi表示加固前后第i根梁橫向分布系數(shù)設(shè)計值；n表示梁的根數(shù)。

按上述公式的計算方法，共統(tǒng)計了33座加固后橋梁61個荷載試驗工況和20座加固前橋梁36個荷載試驗工況下的橫向分布系數(shù)偏差率數(shù)據(jù)，匯總?cè)绫?。

表1 橫向分布系數(shù)偏差率統(tǒng)計表

結(jié)合圖1及統(tǒng)計的數(shù)據(jù)可以看出，相較于加固前，加固后橋梁的橫向分布系數(shù)偏差率總體上明顯降低，加固前橋梁橫向分布系數(shù)偏差率分布在0.06～0.49范圍內(nèi)，大部分在0.10～0.35之間，0.10以內(nèi)相對較少，部分偏差率高達0.40～0.65，可見加固前橋梁的橫向分布普遍存在問題，橋梁的橫向整體性能較差，難以滿足運營的要求。加固后橋梁橫向分布系數(shù)偏差率分布在0.01～0.39范圍內(nèi)，大部分在0.05～0.25之間，小部分在0.05以內(nèi)，極少部分在0.30～0.40之間，這說明橋梁在加固后的橫向分布情況得到了不同程度的改善。

圖1 橫向分布改善情況

2 撓度、應(yīng)變校驗系數(shù)改善情況

校驗系數(shù)分為撓度檢驗系數(shù)和應(yīng)變校驗系數(shù)。在《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21-2011)中主要通過校驗系數(shù)換算承載能力檢算系數(shù)從而評定橋梁的承載能力。在2003版的《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(征求意見稿)中給出了橋梁校驗系數(shù)常值表，其中鋼筋混凝土梁橋撓度校驗系數(shù)在0.50～0.90之間，應(yīng)變校驗系數(shù)在0.40～0.80之間，預(yù)應(yīng)力混凝土橋撓度校驗系數(shù)在0.60～1.00之間，應(yīng)變校驗系數(shù)在0.50～0.90之間[7]。目前，橋梁荷載試驗主要依據(jù)這個范圍表對校驗系數(shù)進行評定，但評定中僅判定校驗系數(shù)是否滿足要求，即校驗系數(shù)在相應(yīng)范圍內(nèi)則滿足要求，超出則不滿足要求。

校驗系數(shù)是反映橋梁承載能力狀況的重要指標[8]。當(dāng)校驗系數(shù)較小時，說明結(jié)構(gòu)的安全度有較大的富余量，承載能力滿足運營環(huán)境的要求；當(dāng)校驗系數(shù)較大時，說明橋梁安全度相對降低，承載能力已接近使用極限。

校驗系數(shù)按下列公式計算：

(3)

式中：ζ表示校驗系數(shù)指標；She表示加固前后橋梁試驗荷載作用下主要測點彈性變位或應(yīng)變實測值；Shs表示橋梁試驗荷載作用下主要測點彈性變位或應(yīng)變理論值。

2.1 撓度校驗系數(shù)

按上述公式的計算方法，共統(tǒng)計了33座加固后橋梁404個測點和19座加固前橋梁362個測點的撓度校驗系數(shù)數(shù)據(jù)，匯總?cè)绫?。

表2 撓度校驗系數(shù)統(tǒng)計表

結(jié)合圖2及統(tǒng)計的數(shù)據(jù)可以看出，加固前橋梁撓度校驗系數(shù)分布在0.47～1.59范圍內(nèi)，大部分在0.60～0.85之間，0.50以內(nèi)很少，部分高達0.85～1.00，甚至少部分撓度校驗系數(shù)超過了1.00，總體上說明加固前橋梁的撓度校驗系數(shù)偏高。加固后橋梁撓度校驗系數(shù)分布在0.15～1.00范圍內(nèi)，0.50以內(nèi)占有比例較高，0.50～0.80范圍內(nèi)占有比例較為平均，0.80～1.00范圍內(nèi)占有比例逐漸降低，特別是0.90～1.00范圍內(nèi)占有比例很低，可見加固后橋梁的撓度校驗系數(shù)得到了不同程度的改善。

圖2 撓度校驗系數(shù)改善情況

2.2 應(yīng)變校驗系數(shù)

按上述公式的計算方法，共統(tǒng)計了33座加固后橋梁384個測點和19座加固前橋梁78個測點的應(yīng)變校驗系數(shù)數(shù)據(jù)，匯總見表3。

表3 應(yīng)變校驗系數(shù)統(tǒng)計表

結(jié)合圖3及統(tǒng)計的數(shù)據(jù)可以看出，加固前橋梁應(yīng)變校驗系數(shù)分布在0.42～1.17范圍內(nèi)，大部分在0.65～0.95之間，0.40以內(nèi)沒有，小部分分布在0.40～0.65范圍內(nèi)，有較大一部分在0.90～1.20之間，總體上說明加固前橋梁的應(yīng)變校驗系數(shù)較高。加固后橋梁應(yīng)變校驗系數(shù)分布在0.07～0.90范圍內(nèi)，0.40以內(nèi)占有比例較高，0.40～0.80范圍內(nèi)占有比例較為平均，0.80～0.95范圍內(nèi)占有比例逐漸降低，特別是0.90～0.95范圍內(nèi)占有比例很低小，可見加固后橋梁的應(yīng)變校驗系數(shù)得到了較大程度的改善。

圖3 應(yīng)變校驗系數(shù)改善情況

3 結(jié)論

通過對遼寧省內(nèi)橋梁加固前后荷載試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分類，分析橫向分布系數(shù)、撓度和應(yīng)變校驗系數(shù)等在內(nèi)的各參數(shù)改善情況，總體上分析加固前后橋梁受力性能的改善程度。得到結(jié)論如下：

(1)總體上相較于加固前，加固后橋梁橫向分布系數(shù)得到了不同程度的改善。

(2)加固后橋梁的撓度校驗系數(shù)得到改善，但無論是加固前還是加固后橋梁的撓度校驗系數(shù)分布在0.50～0.80范圍內(nèi)比例較高，這說明撓度校驗系數(shù)對于反映橋梁的承載能力改善程度不是特別敏感。

(3)加固后橋梁的應(yīng)變校驗系數(shù)得到了較大程度的改善。這說明對于反映橋梁承載能力改善程度來說，應(yīng)變校驗系數(shù)比撓度校驗系數(shù)更為敏感。