摘要 現(xiàn)有的空心板梁橋承載能力評估方法過程煩瑣且效率不高，文章針對當(dāng)前通用的幾種標(biāo)準(zhǔn)跨徑的空心板梁橋，在不同橋面寬度的組合下，計算其單板最大承載力、最不利荷載作用下的最大橫向分布系數(shù)及組合效應(yīng)值，分析了不同跨徑和不同橋面寬度情況下的最大組合效應(yīng)值與抗力之間的比例關(guān)系，結(jié)合橋梁外觀缺損狀況及材質(zhì)參數(shù)等檢測結(jié)果，綜合考慮橋梁承載能力折減系數(shù)，提出了通過查表對比方式評估橋梁承載能力的方法。

關(guān)鍵詞 空心板；橋梁；快速評估；承載能力

中圖分類號 U448.21；U445.72 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）20-0073-04

0 引言

我國的橋梁總數(shù)已成為世界第一，在這些橋梁中空心板梁橋因施工簡便、承載能力強等優(yōu)點受到橋梁建設(shè)的青睞。在中小型橋梁中，空心板梁橋占有絕大部分[1]?？招陌辶簶虻脑O(shè)計也因交通運輸部頒發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)圖集變得容易、可靠，幾乎所有空心板梁橋設(shè)計都依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)圖集進(jìn)行設(shè)計，但在進(jìn)行空心板梁橋的檢測評定過程中[2-5]，依然根據(jù)現(xiàn)行的《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》進(jìn)行橋梁的外觀缺損狀況檢查，材質(zhì)狀況與狀態(tài)參數(shù)、橋梁自振頻率測定等檢測結(jié)果，引入檢算系數(shù)Z1或Z2，以及承載能力惡化系數(shù)、截面折減系數(shù)的方法進(jìn)行修正計算，很多檢算工作都是重復(fù)性的，大大浪費了人力資源，甚至一些檢測單位因業(yè)主提供不了設(shè)計圖紙而拒絕承載能力的檢算工作，給業(yè)主對橋梁使用承載能力的準(zhǔn)確判斷造成一定影響。該文的研究方法是基于空心板梁橋統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)圖集，首先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化分析，計算當(dāng)前通用的幾種標(biāo)準(zhǔn)跨徑的空心板梁橋單板最大承載力，以及最不利荷載下的最大橫向分布系數(shù)，然后結(jié)合橋梁外觀缺損狀況及材質(zhì)參數(shù)等檢測結(jié)果，綜合考慮橋梁承載能力折減系數(shù)，通過查表方式快速評估橋梁的承載能力，為橋梁的安全運營評估提供更為可靠的參考。

1 理論設(shè)計

目前，交通運輸部頒發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)圖集的計算跨徑為10 m、13 m、16 m、20 m，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圖集中各種跨徑梁截面尺寸及配筋，采用Midas Civil軟件對上述跨徑的簡支空心板單梁抗力值進(jìn)行計算，計算結(jié)果見表1所示：

對于空心板梁，一般采取的施工方法為板梁預(yù)制吊裝就位，板與板之間通過濕接縫進(jìn)行連接，濕接縫的作用即保障橋的整體性，即受力時將剪力傳遞到相鄰梁體，故在進(jìn)行跨中截面橫向分布的計算時可采用鉸接板（梁）法[6]。根據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60—2015）規(guī)定的車道數(shù)與橋面凈寬之間的關(guān)系，擬定車道數(shù)對應(yīng)的空心板梁數(shù)見表2所示：

計算不同跨徑2車道至7車道所對應(yīng)的每塊板上的橫向分布系數(shù)，計算結(jié)果見圖1所示：

a） 2車道對應(yīng)梁板的橫向分布系數(shù)

b） 3車道對應(yīng)梁板的橫向分布系數(shù)

c） 4車道對應(yīng)梁板的橫向分布系數(shù)

d） 5車道對應(yīng)梁板的橫向分布系數(shù)

e） 6車道對應(yīng)梁板的橫向分布系數(shù)

f） 7車道對應(yīng)梁板的橫向分布系數(shù)

由圖1可知，在不考慮人行道的情況下，邊梁的橫向分布系數(shù)最大，且隨著車道數(shù)的增加，邊梁橫向分布系數(shù)值逐漸減小，但當(dāng)車道數(shù)大于5時，邊梁的橫向分布系數(shù)不再有明顯的降低，故當(dāng)車道數(shù)大于7時，可按7車道的最大橫向分布系數(shù)值計算。

通過計算比較不同跨徑下2～8車道的橫向分布系數(shù)，并計算出同跨徑下2車道至8車道的最不利梁上橫向分布系數(shù)，其統(tǒng)計表見表3所示：

由圖2可以得出，橋梁跨徑在10 m、13 m、16 m、20 m時，對應(yīng)2車道的橫向分布系數(shù)最大，且隨著橋梁跨徑越大，其對應(yīng)的橫向分布系數(shù)有變小趨勢。

根據(jù)上述已計算的最不利梁的橫向分布系數(shù)，計算不同跨徑、車道的整橋上最不利梁的荷載值?？招陌辶旱膬?nèi)力值包含結(jié)構(gòu)自重和車道荷載兩部分，根據(jù)作用基本組合，通過式（1）計算空心板梁的內(nèi)力效應(yīng)組合，其中車道荷載按公路-Ⅰ取值，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為一級，橫向分布系數(shù)取表3中的數(shù)值，計算結(jié)果見表4所示。

γS=（1.4×車道荷載×橫向分布系數(shù)×折減系數(shù)+1.2×

永久作用）×1.1 （1）

根據(jù)表4計算的最不利梁荷載作用下的彎矩效應(yīng)值，進(jìn)一步計算效應(yīng)值與抗力值的比值，即S R，使用K進(jìn)行表示，結(jié)果見表5所示，并將其作為下文快速評估的重要內(nèi)容。

2 承載能力評估方法

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》中配筋混凝土橋梁承載能力的極限狀態(tài)[5]，根據(jù)橋梁檢測結(jié)果按式（2）進(jìn)行計算評定。

γ0S≤R（fd，ξcαdc，ξsαds）Z1（1?ξe） （2）

式中，γ0——結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)；S——荷載效應(yīng)函數(shù)；R（·）——抗力效應(yīng)函數(shù)；fd——材料強度設(shè)計值；αdc——構(gòu)件混凝土幾何參數(shù)值；αds——構(gòu)件鋼筋幾何參數(shù)值；Z1——承載能力檢算系數(shù)；ξe——承載能力惡化系數(shù)；ξc——配筋混凝土結(jié)構(gòu)的截面折減系數(shù)；ξs——鋼筋的截面折減系數(shù)。

由式（2）可知，計算抗力值需結(jié)合現(xiàn)場檢測結(jié)果進(jìn)行修正，抗力值修正系數(shù)需確定截面折減系數(shù)ξc和ξs、惡化系數(shù)ξe、檢算系數(shù)Z1，以及活荷載影響系數(shù)ξq，是上述系數(shù)共同修正下的一個綜合折減系數(shù)。該文的綜合折減系數(shù)用符號ρ表示，其計算公式如式（3）：

ρ= ξc·ξs·Z1·（1?ξe）·ξq （3）

根據(jù)綜合折減系數(shù)的計算分析，可將式（2）可轉(zhuǎn)化為式（4）、式（5），由式（5）制定空心板梁橋的快速評估方法，即只要通過現(xiàn)場實橋檢測，確定ρ值，然后結(jié)合表5，選取合適的K值。當(dāng)滿足K≤ρ時，則滿足承載能力要求，即可快速評估橋梁的承載能力。

S≤Rρ （4）

S R≤ρ 即 K≤ρ （5）

3 應(yīng)用實例

某橋單跨簡支梁橋，跨徑16 m，設(shè)計荷載等級為公路-Ⅰ級。上部結(jié)構(gòu)采用L=15.96 m預(yù)應(yīng)力空心板梁，梁高0.8 m，共40塊，在橋臺處設(shè)置型鋼伸縮縫，橋臺板梁下采用圓板式橡膠支座。下部結(jié)構(gòu)橋臺采用埋置式橋臺。為確定該橋的使用現(xiàn)狀，對該橋進(jìn)行相應(yīng)的外觀檢查、無損檢測及承載能力驗算。

（1）檢算系數(shù)Z1

參照《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》7.7.1條規(guī)定，橋梁承載能力檢算系數(shù)（Z1）主要綜合考慮橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的表觀缺損狀況、材質(zhì)強度和橋梁結(jié)構(gòu)固有模態(tài)等的檢測評定結(jié)果加以確定。該橋承載能力檢算系數(shù)Z1計算表見表6所示：

（2）承載能力惡化系數(shù)

參照《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》7.7.4條規(guī)定，橋梁承載能力惡化系數(shù)（ξe）主要綜合考慮橋梁的缺損狀況、鋼筋銹蝕電位、混凝土電阻率、混凝土碳化狀況、鋼筋保護(hù)層厚度、氯離子含量、混凝土強度的檢測評定結(jié)果加以確定。承載能力惡化系數(shù)ξe計算表見表7所示：

（3）截面折減系數(shù)

參照《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》7.7.4條規(guī)定，截面折減系數(shù)主要是考慮結(jié)構(gòu)由于材料風(fēng)化、碳化、物理與化學(xué)損傷，以及鋼筋腐蝕剝落造成的鋼筋有效面積損失對結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面抗力效應(yīng)的影響。該橋材料風(fēng)化程度、混凝土碳化深度、物理與化學(xué)損傷評定標(biāo)度均為1。

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》7.7.5條規(guī)定，該橋截面折減系數(shù)的綜合評定標(biāo)度R為1，截面折減系數(shù)ξc取1。

（4）活載影響修正系數(shù)

參照《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》7.7.7條規(guī)定，橋梁活載影響修正系數(shù)（ζq）主要綜合考慮典型代表交通量、大噸位車輛混入率、軸荷分布等結(jié)果加以確定。根據(jù)現(xiàn)場情況，活載影響修正系數(shù)ζq取1。

（5）承載能力極限狀態(tài)驗算

參照《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》7.3.1條規(guī)

定，配筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)檢算計算公式如下：

γ0S≤R（fd，ξcαdc，ξsαds）Z1（1?ξe） （6）

該橋作用效應(yīng)基本組合彎矩值與彎矩抗力值計算結(jié)果見表8所示haygB/15QCiIS6DcE/3Mig==：

由表8可知，在公路-Ⅰ級荷載作用下，該橋第1幅至第4幅極限狀態(tài)的承載能力均滿足規(guī)范要求。

（6）快速評估方法檢測

根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果，參照《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》7.7.1條規(guī)定，橋梁承載能力檢算系數(shù)（Z1）取1.15；參照《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》7.7.4條規(guī)定，經(jīng)計算確定橋梁承載能力惡化系數(shù)ζe為0.00，截面折減系數(shù)ζc為1，活載影響修正系數(shù)ζq為1，計算綜合折減系數(shù)為1.15。

實橋跨徑為16 m，因為橫向40片梁，可按八車道計算，對應(yīng)快速評估章節(jié)中的跨徑16 m，其K值為0.563（見表6）；根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果，計算綜合折減系數(shù)為1.15，0.563<1.15，即滿足承載能力要求。0.563/1.15≈0.49<1，橋梁處于安全狀態(tài)。

4 結(jié)論

該文通過計算不同車道數(shù)下的常規(guī)跨徑的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁橋的橫向分布系數(shù)，以及不同跨徑單梁的承載能力極限值，得到最不利梁效應(yīng)值與抗力值的比值K，以常規(guī)的橋梁檢測結(jié)論為依據(jù)，對橋梁承載能力進(jìn)行折減，對比其折減系數(shù)與K值，從而計算出該橋承載能力的安全儲備。

該文提出的方法能夠通過查表方式，簡單、快速、方便地對所檢測的橋梁承載能力的安全儲備作出準(zhǔn)確的判定。

參考文獻(xiàn)

[1]張新強，瞿路佳.空心梁板橋梁快速檢測方法研究及效果分析[J].中國水運，2023（3）：132-134.

[2]陳衛(wèi)霞，石紅磊.高速公路改擴(kuò)建中既有空心板橋檢測評估方法研究[J].中外公路，2022（2）：164-168.

[3]鄭旭.基于影響系數(shù)的中小跨徑橋梁剛度和承載能力[D].大連：大連理工大學(xué)，2022.

[4]王凌波.在役預(yù)應(yīng)力梁橋殘余承載力評估方法研究[D].西安：長安大學(xué)，2011.

[5]公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程：JTG/T J21—2011[S].北京：人民交通出版社，2011.

[6]姚玲森.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2021.

收稿日期：2024-07-19

作者簡介：楊丙文（1983—），男，博士研究生，副教授，研究方向：橋梁工程。

基金項目：江蘇省產(chǎn)學(xué)研合作項目：中小型跨徑橋梁災(zāi)損快速評估技術(shù)研究（BY2022665）。