桥梁承载力检测
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某多跨简支梁桥承载力检测分析
史X超
（上海钧测检测技术服务有限公司 上海 201999）
【摘要】承载力是桥梁最重要的功能指标之一，因材料老化、工程质量等因素引起的既有桥梁实际承载力折减，对于过往车辆形成了极大的忧患，特别是随着车辆朝着更多更重的趋势发展，亦对既有桥梁的实际承载力提出了更高的要求。本文以某多跨简支梁桥的承载力检测为背景，实际检测配合Midas/civil建模检算，详细论述了既有桥梁承载力检测的应用原理及方法，对类似工程项目的检测有借鉴意义。
【关键词】既有桥梁 承载力检测 Midas civil建模
1工程概况
某多跨简支梁桥建于2003年，结构形式为预制空心板简支梁桥，设计荷载等级为公路—Ⅰ级。桥长为22.0m，跨径组合为6.0+10.0+6.0m，桥面总宽为10.6m，桥面横向布置为1.50m（人行道）+7m（机动车道）+1.50m（人行道），栏杆采用钢筋混凝土栏杆。
2桥梁上部结构承载能力检测评定
在结合《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）（以下简称《检评规程》）的基础上，依据现行相关规范对桥梁的上部结构（空心板）进行承载能力检测评定。《检评规程》1.0.4条规定：“在用桥梁应按承载能力极限状态和正常使用极限状态两类极限状态进行承载能力检测评定。”《检评规程》7.1.6条规定：“当桥梁结构或构件的承载能力检算系数评定标度D≥3时，应进行正常使用极限状态评定计算。”
本桥跨径布置为6m+10m+6m，其中6m、10m跨径空心板均采用C30混凝土。本文为方便检测说明，仅以10m跨径空心板的上部结构承载能力检测评定。
2.1荷载横向分布系数
本项目桥梁空心板间横向连接设计为企口缝榫槽砼连接，因此跨中截面荷载横向分布系数采用“桥梁博士”中“横向分布文件”功能的“刚（铰）接板梁法”计算。支点截面荷载横向分布系数采用“杠杆原理法”计算。
表2.1 荷载横向分布系数
截面 荷载类型 10m跨径
跨中截面 人群荷载
公路-I级
支点截面 人群荷载
公路-I级
注：因桥梁横向关于桥中心线对称，故6#、7#、8#、9#、10#梁的荷载横向分布系数分别与5#、4#、3#、2#、1#梁相同。
在实际计算中，对于主梁各截面的弯矩可以近似地在全桥跨都采用跨中截面荷载横向分布系数mc来计算；对于主梁剪力，则须考虑从m0到mc的变化，即荷载横向分布系数沿桥跨变化的影响。
2.2待评定空心板选取
根据跨中截面的荷载横向分布系数可知，在荷载作用下，中板汽车荷载横向分布系数最大，次边板人群荷载横向分布系数最大，根据荷载横向分布系数的计算结果，以及外观和实体项目检查结果，按照最不利原则，2-6#（10m中板）进行承载能力评定。
2.3有限元模型说明
采用有限元软件Midas/Civil 2019版建立2-6#空心板的有限元模型，进行恒载计算及活载分析；空心板采用梁单元模拟，2-6#空心板离散为12个单元，13个节点，有限元模型见图2.1 。
图2.1 2-6#空心板有限元模型
材料自重均按照26KN/m3进行取值；二期恒载（含桥面铺装、人行道、栏杆等）折合为线荷载按3.5KN/m加载；桥梁设计时采用的荷载等级：公路—Ⅰ级，人群荷载（3kN/m）；根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）按结构计算基频计算， ， ）。
2.4按设计状态进行结构验算
考虑到在整体升降温、温度梯度、混凝土收缩、徐变影响力及基础变位影响力作用下，简支空心板均不产生附加内力。按照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）4.1.5条规定，所采用的荷载组合为基本组合：
式中， 为自重， 为汽车荷载， 为人群荷载。
2.5斜截面抗剪承载力验算截面
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362-2018）5.2.8条规定，在进行受弯构件斜截面抗剪强度验算时，其验算位置应按照下列规定：
（1）距支座中心h/2（梁高一半）处的截面；
（2）箍筋数量或间距有改变处的截面；
图2.2 10m跨径空心板斜截面抗剪强度验算位置示意图（单位：cm）
为了防止梁发生斜压破坏，《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2018）5.2.11条规定：矩形、T形和工字形截面的受弯构件，其截面尺寸应符合下述要求（即规定了构件抗剪承载力的上限）：
5.2.12条规定：矩形、T形和I形截面的受弯构件，当符合下式要求时
可不进行斜截面抗剪承载力的验算（规定了抗剪承载力验算的下限），仅需按构造要求配置钢筋。
表2.22-6#空心板验算截面的剪力组合设计值及复核计算结果（单位：kN）
截面 自重 二期恒载 公路-I级（最大） 人群荷载（最大） 基本组合 截面尺寸 抗剪验算
限值 是否
满足 限值 是否需要
1-1 38.9 13.5 467.5 13.5 78.0 1360.36 是 380.0 是
2-2 20.6 7.2 362.5 7.2 41.3 1360.36 是 380.0 是
2.6荷载效应计算、组合及验算结果
根据验算结果可知，各空心板正截面抗弯承载力、斜截面抗剪承载力满足设计规范要求。
表2.3规范设计状态下的空心板内力组合、验算结果
评定项目 板号 截面 自重 二期恒载 公路-I级（最大） 人群荷载（最大） 设计状态下
基本组合 抗力值 n 是否满足
正截面抗弯承载能力分析 2-6#空心板 L/4截面 79.4 27.6 779.7 27.6 368.1 1396.7 3.79 是
L/2截面 104.7 36.4 1029.0 36.4 485.8 1396.7 2.88 是
3L/4截面 79.4 27.6 779.7 27.6 368.1 1396.7 3.79 是
斜截面抗剪承载力分析 2-6#空心板 1-1截面 38.9 13.5 467.5 13.5 78.0 380.0 4.87 是
2-2截面 20.6 7.2 362.5 7.2 41.3 380.0 9.20 是
注：1、正截面抗弯承载力验算中的数据单位为kN?m；斜截面抗剪承载力验算中的数据单位为kN；
2、表中n为抗力值与基本组合的比值。
图2.3 2-6#梁公路—Ⅰ级荷载最大弯矩图
2.7基于检测结果进行结构承载能力评定
按照《检评规程》7.1.3条规定：“配筋混凝土桥梁在计算桥梁结构承载能力极限状态的抗力效应时，应根据桥梁试验检测结果，采用引入承载能力检算系数Z1或Z2、承载能力恶化系数 、截面折减系数 和 的方法进行修正计算。”
《检评规程》7.3.1条规定，配筋混凝土桥梁承载能力极限状态，应根据桥梁检测结果按下式进行计算评定：
（1）承载能力检算系数
根据《检评规程》7.7.1条规定计算承载能力检算系数 。
表2.4承载能力检算系数 计算表
检测指标 评定标度
权重
缺损状况 1 0.4
材质强度 1 0.3
自振频率 1 0.3
承载能力检算系数评定标度
1
承载力检算系数
1.15
（2）承载能力恶化系数
根据《检评规程》7.7.4条规定计算承载能力恶化系数 。
表2.5承载能力恶化系数 计算表
检测指标 评定标度
权重
缺损状况 1 0.32
钢筋锈蚀电位 1 0.11
混凝土电阻率 5 0.05
混凝土碳化状况 1 0.20
钢筋保护层厚度 1 0.12
氯离子含量 1 0.15
混凝土强度 1 0.16
恶化状况评定标度
1
承载能力恶化系数
0.013
（3）混凝土截面折减系数
根据《检评规程》7.7.5条规定计算混凝土截面折减系数 。
表2.6混凝土截面折减系数 计算表
检测指标 评定标度
权重
材料风化 1 0.10
混凝土碳化 1 0.35
物理与化学损伤 1 0.55
截面损伤综合评定标度
1
混凝土截面折减系数
1.00
（4）钢筋截面折减系数
根据《检评规程》7.7.6条规定计算钢筋截面折减系数 。
表2.7钢筋截面折减系数 计算表
评定标度 性状描述 钢筋的截面修正系数
1 沿钢筋出现裂缝，宽度小于限值 1.00
（5）活载影响修正系数
由于缺乏相关交通量信息，此处将交通量影响修正系数 、大吨位车辆混入影响修正系数 、轴荷载分布影响修正系数 均取为1.00。根据《检评规程》7.7.7条规定，桥梁的活载影响修正系数为： =1.00。
表2.8 空心板分项检算系数汇总
空心板编号 承载能力检算系数
承载能力恶化系数
混凝土截面折减系数
钢筋截面折减系数
活载影响修正系数
2-6#空心板 1.15 0.013 1 1 1
需要说明的是，《检评规程》7.1.6条规定：“当桥梁结构或构件的承载能力检算系数评定标度D≥3时，应进行正常使用极限状态评定计算。”
在验算结果的基础上，考虑上述的分项检算系数，将承载能力评定结果归结于表9.12，评定结果表明：空心板承载能力满足要求。
表2.9考虑分项检算系数后的空心板承载能力评定结果
评定项目 板号 截面 考虑分项检算系数
基本组合 抗力值 n 是否满足
正截面抗弯承载力检测 2-6#空心板 L/4截面 368.1 1585.3 4.3 是
L/2截面 485.8 1585.3 3.3 是
3L/4截面 368.1 1585.3 4.3 是
斜截面抗剪承载力检测 2-6#空心板 1-1截面 78.0 431.3 5.5 是
2-2截面 41.3 431.3 10.4 是
注：1、正截面抗弯承载力评定中的数据单位为kN?m；斜截面抗剪承载力评定中的数据单位为kN；
2、表中n为抗力值与基本组合的比值。
3.结束语 本文采用在结合实际检测的基础上使用较为通用的有限元计算软件Midas civil，对既有的多跨简支梁承载力检测建模思路、检测事项及其在软件中的实现做了详细介绍，可谓同类型既有桥梁检测提供参考。根据考虑检测结果的检算可知，此桥上部结构基本能够满足公路Ⅰ及荷载的安全承载要求。
参考文献：
（1）《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21-2011）；
（2）《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）；
（3）《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）
（4）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362-2018）
（5）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）
（6）《混凝土结构现场检测技术标准》（GB/T 50784-2013）；
（7）《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）；
