既有预应力混凝土连续梁桥承载能力分析研究
东南大学
硕士学位论文
既有预应力混凝土连续梁桥承载能力分析研究
姓名：郑纪研
申请学位级别：硕士
专业：桥梁与隧道工程
指导教师：徐文平
20070101
东南大学硕士学位论文
图Ｉ－１混凝土剥落图１－２腹板底部露筋、锈蚀
图１－３横隔粱破损图１．４腹板裂缝，延伸至翼缘板
１．２桥梁承载能力评定技术的现状
１．２．１承载力评定方法现状
既有桥梁结构承载能力的评定比新桥设计复杂，不同的国家或研究机构提出的评定方法是不同的，且对不同形式的桥粱，其承载能力的评定方法也不同。
在实际的桥梁评估工作中，中小桥粱与大型桥梁采取的评估方法与策略是不相同的。中小桥梁由于数量多，分布广，只能通过定期或不定期的检测手段，对中小桥梁的最重要指标—一桥梁承载能力做出评估，常用的评估方法有……“删：
１、基于外观调查评定法
通过有经验的桥梁技术人员对既有桥梁进行全面检测，根据用文字描述的定性和定量检测结果对桥粱质量进行分类、评分。此类评定技术主要依据的仍是大量的定性信息和检测工程师的经验，不同评定者有可能得出不同的结论甚至截然相反。
２，以设计规范为基础的验算评定法
这一方法主要是根据实测材料性能、结构几何尺寸、支承条件、外观缺陷以及荷载，按照桥梁结构的计算理论来评定承载能力。用这种方法进行评定的结果大多偏于保守，难以反映结构性能退化后的受力行为．
３、荷载试验法
该方法是在对桥粱进行现场荷载试验后，结合理论分析手段，对实桥进行论断识别，建立桥梁结构的实际工作模型。进而根据这个模型确定桥梁的实际承载能力。利用现场测试技术，可以获得一部分桥梁结构的确定信息，从而降低评定工作中的不确定囡素。荷载试验一般包括静载试验和动载试验。静载试验主要是测量在试验荷载下，桥鬃上部结构的静态反应，包括主粱应力、主粱挠度、横粱应力，荷载横向分布、裂缝情况等。目前比较成熟，也比较直观，易为评估者接受。动载试验法是通过对结构的动力特性进行测试以及结构动力特性与结构刚度之问的关系，对结构的实际上作模型进行识别，
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图２－］预应力筋布置不合理
在单一截面内截断较多的连续预应力筋，顶底板中预应力锚具之间的水平方向错开的距
离不够，以及普通钢筋数量不足，而使预应力筋的作用点产生过大的拉应力，从而导致裂缝。
４、连续箱粱腹板斜裂缝
预应力连续箱粱不设弯起预应力筋，而设置竖向预应力短筋，如此布筋易产生斜裂缝．
５、没有考虑旅工期间经受的应力
施工期间裂缝产生的主要原因表现为低估施工设备的质量；浇筑混凝土过程中偶然发生的形状倡差，可能致使桥面加厚加重，也可能导致混凝土受压面积减少．
２．１．３常见混凝土连续梁桥典型病害
混凝土连续粱桥典型病害有：外腹板、翼缘贯穿裂缝、预应力筋锈蚀、成桥线形不平顺等．
图２－２外腹板、翼缘贯穿裂缝图２．４成桥线形不平顺
图２叼预应力筋锈蚀
圈２－５箱粱内预应力锚固端
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数量和斜度大致晕对称分布，裂缝宽度逐渐扩大，裂缝长度由下向上延伸；梁的刚度随裂缝的开展而降低，裂缝开展宽度每增加Ｏ．１０ｍｉｌｌ，粱的刚度下降达ｌＯ％一１５％，且裂缝宽度越大，刚度Ｆ降得越快，
而梁的刚度降低，势必使粱的承载能力随之降低．模型粱的非线性有限元分析也说明：接近受压区的跨中竖向裂缝，将降低粱的承载力，架端斜向裂缝对简支粱承载力影响比跨中竖向裂缝要大一些，它不仅削弱梁的整体刚度，而且还削弱粱在剪跨区的抗剪强度，往往导致梁的脆性受剪破坏．可见，粱的裂缝是影响其承载力评定的一个主要因素。在评定中，必须注意结构主要部位的裂缝宽度、长度检查。作出相应的折减考虑．
５、撞桥的影响
目前大量立交桥，经常被超高车辆通过桥下时撞坏主粱。主梁刚度大大降低，严重削弱桥梁承载能力。
６、其他因素的影响
如车辆超载、桥面撞车、紧急刹车等对桥面结构和辅助结构造成破坏，荷载效应的加剧引起结构裂缝、承载能力降低．至于地震对桥梁承载能力的影响乃至破坏是不言而喻的．
２．４．２影响旧桥承载能力的有利因素
大量实桥荷载试验及相关室内缩尺模型试验都表明，旧桥承载能力除具有基本理论的安全度和可靠概率的强度储备之外，尚有称作未考虑的桥面铺装联合作用，荷载横向分布，纵向相邻跨的连续性，材料强度变异因素影响等”“．
１、结构简化的影响
在结构分析中，总要对实际结构加以模型化，饲如对荷载情况、截面形式、支撑条件、材料的结构关系，常加以简化，从而得出相应的计算简图及力学关系。然而，考虑到桥梁结构的安全性，这些简化都是偏安全的，其理论计算结果往往与实际情况有一定的出入，使得荷载试验的观测数值一般都比计算值小．
２、设计安全系数的影响
在结构理论计算中，往往根据经验应用一些安全系数，在增强结构可靠性的同时，也为结构提供了承载潜力．我国现行的公路桥梁设计规范中，钢材与钢筋混凝土的安全系数为１．２５，结构的工作条件系数为０．９５。在桥梁的荷载内力计算中，恒载内力与活载内力都乘上了荷载效应系数１．１—１．４，使桥梁的实际承载力和理论计算的恒载力不一致，一般都是偏大和安全的．
３、混凝土桥面铺装层的影响
在公路桥梁设计中，桥面铺装与防撞墙等均作为主粱的外部荷载（即二期恒载）进行主粱的内力计算，而不考虑它们参与主粱抗力和提高结构整体刚度的作用．如果桥面铺装采用水泥混凝土，且与桥面板有很好的粘接，则铺装层的混凝土实际上将参与主粱受力．特别是具有钢筋网的混凝土桥面铺装更具备参与主梁共同工作的条件，并能对车辆轮重的集中荷载起分布作用。另外，钢筋混凝土防撞墙，能显著提高边梁的承载能力，这已为很多实桥的荷载试验所证实，但以往设计计算中都未考虑其作用。据对常用标准图设计的桥梁计算知，考虑了桥面铺装层作用后，粱的结构抗力可以提高１０％左右。可见，合理考虑混凝土铺装层参与受力的作用后一般有利于提高梁桥承载力。但对与主粱结合不好的铺装层，或者对日常养护中填高的铺装层。反而又将降低梁桥承载力．
４、栏杆、扶手参与作用
桥梁的栏杆和扶手与桥面板的整体作用增加了板、梁桥边粱的刚度，边粱承受的荷载也随着增加．桥梁的内粱通常比边梁承受的荷载大，若桥梁横截面的刚度增大，边粱承受的荷载增加，能增加桥梁的弹性极限承载力。现有桥梁及新建桥梁的栏杆、扶手构造均可以增加桥梁的横截面刚度．
５、荷载横向分布问题
桥梁的荷载横向分布理论及选用的横向分布系数计算方法。直接影响着主粱截面计算内力的大小．但是计算方法的选用与实际内力分配往往存在着很大的差异．目前常用的荷载横向分布计算法都是通过横向分布系数将结构的三维行为转换为更为方便的二维表示，即单片粱的分析方法，使得实际桥梁中出现的应力要比按这种算法得到的应力小得多。大量的荷载试验也表明，实测的横向分布系数都小于理论
桥梁承载力评定方法
计算值。这也就使得以此横向分布系数计算的截面内力和配筋都比实际要大。
６、连续性影响
设计成为简单支承的桥跨结构的端部存在着连续作用，这种连续作用不论对于单跨、多跨简支粱桥还是连续粱桥都有重要的影响。钢筋混凝士简支粱桥由相邻主粱或桥台在絮端部平面的作用引起的来意识到的连续效应，对于提高桥梁的承载力具有重要意义．一般情况下，简支梁端假设存在的园端弯矩比端部完全固结的梁的弯矩值约小１５％～２０％。美国田纳西洲的三座旧桥计算结果证明。由于这种未考虑到的连续性而增加的旧桥承载能力约等于粱端部完全固结作用的３５％。相关室内缩尺模型试验ｌｌＪ证明，桥面连续性是使旧桥承载能力提高的重要因素，能对旧桥的承载能力提高２０％～３０％．
７、材料强度变异的影响
大量的实桥调查表明，大部分桥粱的混凝土强度都大于原设计强度。其原因是在正常施工质量和自然条件养护下，混凝土的后期强度有较大增长，据资料显示，半年的强度可增长３０％，一年可增长５０％。从而增加结构抗压潜力。但也有一定比例的桥梁，正是因为混凝土强度不足，导致了桥梁的严重开裂和变形。通过对１０＿赫号混凝土的抗拉、抗压设计强度的比较得知，混凝土标号每提高或降低一级，其抗拉、抗压强度将提高或降低１１．４％～２４．１％，这对桥梁的实际承载力影响很大。所以在梁桥承载力评定中，应检测混凝土的实际强度，并用它代替设计强度进行分析检算．
基于常规静载试验对桥粱承载能力的研究
第三章破坏性荷载试验
本章主要内容是利用破坏性荷载试验的试验数据对连续桥粱的承载力目题进行分析研究，因试验本身不是本论文主要内容，在此只作简单介绍．
３．１工程概况
新兴塘大桥主桥工程概况
新兴塘大桥为沪宁高速公路跨越新兴塘河流和一条乡镇间四级公路的一座大桥，位于锡山市东亭乡新屯村附近，河道顺直、平缓，为人工开挖而成。主桥由铁二院设计，天津市政三公司施工，１９９３年５月正式开工，９５年８月竣工，主桥上部结构采用悬臂挂篮浇筑施工工艺。桥梁设计荷载等级为汽一超２０，挂－－１２０级。新兴塘大桥主桥照片及主桥立面和横断面图如图３－１～图３—３所示．
图３－ｌ新兴塘大桥
图３－．２新兴塘大桥主桥立面图