钢筋混凝土结构桥梁安全性能评估方法研究

2014-01-12姬兵亮

山西交通科技 2014年1期

姬兵亮

（山西省交通科学研究院，山西太原 030006）

1 研究背景[1]

据桥梁现代管理方法的需要，山西省交通科学研究院进行了“山西省桥梁健康动态管理与诊断系统”课题的立项研究。系统对桥梁安全性能评估进行了深入研究，建立了评估模型及方法，提出了评估指标，确定了评估参数、制定了评估标准。以钢筋混凝土结构桥梁为例，本文对桥梁安全性能评估方法进行重点介绍。

2 桥梁安全性能评估模型

桥梁结构复杂，由很多构件组成，每个构件的安全性受多个因素综合制约和影响，而要准确确定桥梁的整体安全性则异常困难。

桥梁分为：上部结构、下部结构、桥面系和附属设施等部件。其中上部及下部结构是桥梁的主要承重部件，二者主要决定了桥梁的整体安全性能。桥梁其他构件的病害存在也对桥梁整体安全性能产生影响，如护栏破损和缺失会给过往行人和车辆带来很大坠桥风险；桥面破损和伸缩缝的破损等其对桥梁整体安全承载影响程度有限，但却会给通行车辆带来很大的危险，如爆胎、车轮压碎桥面板等，其严重破损时也会降低桥梁的承载力储备等。因此在桥梁安全性能评估时不能忽视这些构件的影响。本方法在进行桥梁安全性能评估时重点考虑上下部结构，同时也考虑桥面铺装、伸缩缝及人行道和护栏对桥梁安全性能的影响。

评价时基于桥梁定期检查或特殊检查关键病害信息，分层次进行评价，先局部后整体逐步确定桥梁整体安全性指标评分值。钢筋混凝土结构桥梁评估模型见图1所示。

图1 钢筋混凝土结构桥梁安全性评价层次结构模型

3 钢筋混凝土结构桥梁安全性能评价[2]

3.1 上部结构评价

3.1.1 主要承重部件

通过研究发现影响钢筋混凝土上部主要承重构件安全性的因素主要有两个方面：构件截面变化及钢筋与混凝土共同工作性能变化。因此主要承重部件评价时主要考虑这两个参数的影响。定义上部主要承重构件的安全性评价指标为：

其中：k1、k2取值及计算见式（1）及表1、表2所示。

式中：A1为钢筋（预应力筋）锈蚀后截面面积；A0为钢筋（预应力筋）设计截面面积。不能准确量取钢筋直径的按表1定性法确定k1取值。

表1 k1系数取值范围

表2 k2系数取值范围

3.1.2 横向联系

横向联系主要功能是连接主要承重构件以呈整体共同受力，传递和分布荷载。而其病害存在则降低其荷载传递和分布的性能，进而降低整体承载能力，根据其病害程度，定义评价指标kSEI及制定评分标准见表3所示。

表3 横向联系安全性能评价标准

3.1.3 上部结构安全性能评价

采用加权平均法进行计算，参考其他资料确定权重，计算式为：

3.2 下部结构评价

3.2.1 墩台评价

采用上部结构主要承重部件评价方法及标准定义墩台安全性评价指标kPAI对墩台进行评价。

3.2.2 基础评价

影响基础安全性的因素为基础的承载力和地基稳定性。当基础存在冲刷、外露、冻融、腐蚀、缺损等病害后，会降低或失去承载力及地基稳定性。根据其病害程度，定义评价指标kFEI及制定评分标准见表4所示。

表4 基础安全性能评价标准

3.2.3 支座评价

同样根据其病害程度，定义评价指标kPEI及制定评分标准见表5所示。

表5 支座安全性能评价标准

3.2.4下部结构评价

采用加权平均法进行计算，同样参考其他相关资料确定权重，计算式为：

3.3 其他部件评价

仅考虑桥面铺装、伸缩缝、人行道及护栏对桥梁安全性的影响。根据其病害程度，分别定义评价指标kBEI、kEEI及kGSEI并制定评分标准见表6～表8所示。

表6 桥面铺装安全性能评价标准

表7 伸缩缝安全性能评价标准

表8 人行道及护栏安全性能评价标准

采用加权平均法进行计算其他部件安全性能指标分值，参考其他相关资料确定权重，计算式为：

3.4 桥梁整体安全性能评价

桥梁上部结构和下部结构构成了桥梁结构的最主要承重体系，二者功能缺一不可，根据木桶原理桥梁的安全性能主要取决于二者的短板，而桥梁其他部件的安全性能在桥梁安全性能的所占比重较小，且其基本上处于同上下部结构平行的位置（即当其失效时不能引起桥梁主体立即失效），是桥梁安全性能的重要后备力量，因此桥梁安全性评价时为了确保评价的准确性和有效性，保守起见采用取上部结构和下部结构安全指标评分最小值（也即其二者不利值）同桥梁其他重要部件加权平均的方法二者最不利值，即取二者评分较低值。计算式为：