公路橋梁承載能力評定方法
更新時間：2021-09-02 09:22
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通過對橋梁承載能力評定方法的分析探討，提出橋梁承載能力評定過程中需要注意的問題，分析各種參數(shù)取得過程中存在的客觀問題，提出更準確評定橋梁結構需要完善的工作。
關鍵詞：承載能力評定； 檢算系數(shù)； 校驗系數(shù)； 效應； 抗力
引言
評定公路橋梁承載能力的方法有多種，但要準確評定某一橋梁的承載能力卻比較困難，同一橋梁采用不同的評定方法可能會有不同的評定結果。2011年交通部發(fā)布《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21-2011），修訂此前使用的《公路舊橋承載能力鑒定方法（試行）》（1988年）；本文就《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（以下簡稱《評定規(guī)程》）中的橋梁承載能力評定方法做一些分析和探討。
1.橋梁承載能力評定方法介紹
對常用的圬工及配筋混凝土橋梁結構一般采用如下公式評定其承載能力：
γ0S≤R·Z1 （當用荷載試驗評定時用Z2代替Z1）
γ0—結構重要性系數(shù)。按《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTG D60—2004）取值。
S—荷載效應函數(shù)。荷載效應函數(shù)計算中應考慮活載影響修正系數(shù)ξq對活載的修正。
R—抗力效應函數(shù)?？沽π瘮?shù)中考慮結構截面折減系數(shù)ξc、鋼筋截面折減系數(shù)ξs的影響以及結構承載能力惡化系數(shù)ξe的影響。
Z1—通過缺損狀況評定方法確定的承載能力檢算系數(shù)。
Z2—通過荷載試驗方法確定的承載能力檢算系數(shù)。
橋梁承載能力評定方法總體分兩種，兩種方法都需要確定橋梁結構或構件承載能力檢算系數(shù)，該系數(shù)用來對橋梁結構或構件抗力效應理論計算數(shù)值進行綜合修正，通過對理論計算的綜合修正得到橋梁的實際抗力效應水平。第一種評定方法是通過對橋梁外部缺損狀況、橋梁材質狀況及橋梁各種狀態(tài)參數(shù)的評定標度確定承載能力檢算系數(shù)Z1，該方法的優(yōu)點是可以不中斷交通而對橋梁承載能力評定。第二種方法是直接通過荷載試驗實測橋梁結構應變或變位與計算應變或變位的對比確定橋梁結構或構件承載能力檢算系數(shù)Z2，該方法的優(yōu)點是更加直接客觀、更準確，但該方法需要對被檢測橋梁封閉交通。
2.承載能力檢算系數(shù)Z1、Z2確定
通過檢查評定方式確定的承載能力檢算系數(shù)在規(guī)程中定義為Z1，而通過荷載試驗方式確定的承載能力檢算系數(shù)規(guī)程中定義為Z2，橋梁承載能力評定的關鍵工作是確定承載能力檢算系數(shù)Z1與Z2。
2.1 確定承載能力檢算系數(shù)Z1
承載能力檢算系數(shù)Z1的確定一般有兩種方法。
第一種Z1值確定方法較復雜，需要專業(yè)的測試設備及較高的專業(yè)技術水平，但結果相對客觀、準確。該方法是按評定規(guī)程中構件缺損狀況評定標度、材質強度評定標度、自振頻率評定標度所占的不同比重確定承載能力檢算系數(shù)的評定標度，根據檢算系數(shù)評定標度及結構或構件的不同受力性質查《評定規(guī)程》中參考表得到Z1數(shù)值。其中構件缺損狀況的評定標度可根據《公路橋梁技術狀況評定標準》確定，相對較為簡單；材質強度評定標度的確定有多種方法，而且采用不同的方法測定的材質強度結果會不一樣。對普通的混凝土構件可采用回彈、超聲回彈、以及鉆取芯樣的方法確定構件的材質強度，但這些方法對于確定既有橋梁尤其是年代久遠的橋梁材質強度均有各自的局限性；而對于圬工橋梁實際材質強度的準確測定比測定混凝土構件強度更困難；自振頻率標度的評定需要較高的專業(yè)技術水平，實測頻率需要專業(yè)的測試設備，理論基頻的精確計算需要采用有限元方法；對于常規(guī)結構可采用《公路橋涵設計通用規(guī)范》附錄中的估算公式參考計算；根據缺損狀況、材質強度及自振頻率的標度所占不同的權重確定檢算系數(shù)的標度后可查表得出Z1值。
第二種Z1值確定方法為專家調查法，特殊情況下方可采用該方法。該方法程序相對簡單，但需要有豐富經驗的專家根據橋梁的實際情況做出判斷，且該方法不具有絕對的說服力，故一般不推薦采用此方法。
2.2確定承載能力檢算系數(shù)Z2
通過荷載試驗實測結果的變位或應變值與理論計算變位或應變值的比值計算結構校驗系數(shù)，取應變或變位校驗系數(shù)的較大值ζ，根據ζ數(shù)值查表得出結構的檢算系數(shù)Z2。荷載試驗評定結構或構件承載力的另一優(yōu)點是如果出現(xiàn)《評定規(guī)程》中的四種情況之一時可以直接判定橋梁的承載能力不滿足要求，而不需要進一步計算結構的抗力和效應值。
3.荷載效應函數(shù)S
荷載效應函數(shù)S中包含靜載效應與動載效應的組合，其中動載即活荷載對結構的影響至關重要，尤其是建設年代較早、設計荷載等級較低的橋梁結構對超載、超重車輛的反應尤為敏感，故對既有橋梁承載能力評定時根據實際活載對設計活載的修正有充分的必要性，《評定規(guī)程》中引入了活載影響修正系數(shù)，但個人覺得對規(guī)程中ξq的精確計算操作起來比較困難?；钶d影響修正系數(shù)ξq考慮三方面的影響：
ξq1—典型代表交通量影響修正系數(shù)（ξq1=Qm/ Qd），根據典型代表交通量與設計交通量的比值進行修正，根據養(yǎng)護部門的交通流量調查表可得該數(shù)值。
ξq2—大噸位車輛混入修正影響系數(shù)ξq2，大噸位車輛流量與實際車輛流量的比值。規(guī)程中質量超過30t的車輛定義為大噸位車輛，但目前的養(yǎng)護部門并沒有對固定質量的車輛數(shù)量進行詳細調查，收集大于30t車輛的準確流量是存在較大困難的。
ξq3—軸荷分布影響修正系數(shù)ξq3，規(guī)程中考慮軸重超過14t車輛對活載影響的修正，該部分資料更難收集，普通橋梁結構并無車輛軸重調查數(shù)據，要準確確定該部分數(shù)據也同樣存在困難。
鑒于以上情況，要對既有橋梁活載效應函數(shù)的合理修正還需要做很多工作：不斷完善交通流量調查數(shù)據，尤其是質量超過30t與軸重超過14t車輛流量數(shù)據的調查與收集；實際活載對結構效應的影響與按規(guī)程中取值計算對結構效應影響的差異程度需要通過大量的試驗與現(xiàn)場調查不斷完善。
4.抗力效應函數(shù)R
由于既有橋梁鋼筋銹蝕、混凝土剝落、材料風化、混凝土碳化等原因，構件的實際抗力與計算抗力相比會有所下降，規(guī)程中引入截面折減系數(shù)ξc、鋼筋截面折減系數(shù)ξs以及承載能力惡化系數(shù)ξe來考慮對構件抗力效應的修正，該部分修正系數(shù)可根據現(xiàn)場調查結果參數(shù)對抗力效應中對應參數(shù)進行修正即可。
5.承載能力評定結果的判定
橋梁承載能力評定的最終目的是要確定該橋梁構件的承載能力是否滿足要求，采用不同的評定方法判定承載能力是否滿足的標準也不同，這是實際評定過程中易忽略的地方。
采用缺損狀況評定方法評定橋梁承載能力時，要求修正后的結構抗力效應值不小于修正后的荷載效應值即可判定結構的承載能力滿足要求。
采用荷載試驗評定時，當出現(xiàn)《評定規(guī)程》的四種特殊情況之一時可直接判定承載能力不滿足要求；如果未出現(xiàn)這四種特殊情況，計算得出修正后的荷載效應與修正后的抗力效應的比值小于1.05時判定承載能力滿足要求，否則應判定承載能力不滿足要求。這與按缺損狀況評定時的判定標準不同。
6.結語
通過對橋梁承載能力評定方法的探討可知，要更準確、客觀評定橋梁結構的承載能力不僅需要專業(yè)的測試設備、較高的專業(yè)技術水平，同時需要在交通流量調查，汽車軸重調查方面做更多的工作，實際活載對結構效應的影響與按規(guī)程中取值計算對結構效應影響的差異程度需要通過大量的試驗與現(xiàn)場調查去不斷完善修正。
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