桥梁加固前后性能参数分析

王振吉

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司 沈阳市 110166)

0 引言

随着交通量和车辆载重日益增长，危桥数量不断增加，对这些危旧桥梁一律予以拆除重建是不科学的，也是不现实的。国内外资料表明[1-3]，旧桥的加固改造与拆除重建相比更经济，不但可以节省大量的资源，而且产生良好的经济、社会和环境效益，且对维护公路交通正常运营、保证沿线地区经济发展等具有积极意义[4-5]。

桥梁加固前后整体受力性能对比分析是十分必要的，对全面衡量桥梁加固的实际效果具有重要意义。通过对辽宁省内桥梁加固前后荷载试验数据进行统计分类，重点对比分析相对残余变位(应变)、跨中挠度、自振频率、冲击系数等在内的各参数改善情况，总体上分析加固前后桥梁受力性能的改善程度。

1 相对残余变位(应变)改善情况

桥梁的残余变位(应变)是指试验荷载卸载后桥梁结构主要测点剩余的变位值(或者应变值)。理论上结构处于弹性阶段残余变位(应变)是零，而当结构出现损伤或进入塑性阶段时，根据塑性程度的不同就会产生不同大小的残余变位(应变)，通过残余量的大小可以间接评定桥梁承载能力状况。《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21—2011)中规定当主要测点相对残余变位或相对残余应变超过20%即判定桥梁承载能力不满足要求。

相对残余变位(应变)是反映桥梁承载能力状况的指标之一。当相对残余变位(应变)较小时，说明结构处于弹性阶段，结构受力状态较好，承载能力满足运营要求；当相对残余变位(应变)较大时，说明梁体出现裂缝或者进入塑性阶段，承载能力下降严重。因此，提出相对残余变位(应变)指标的分级评价标准，也可间接衡量桥梁承载能力状况。相对残余变位(应变)按下列公式计算：

按上述公式的计算方法，共统计了25座加固后桥梁66个测点和20座加固前桥梁59个测点的相对残余变位(应变)数据，汇总如表1。

表1 相对残余变位(应变)统计表

结合图1及统计的数据可以看出，总体上加固前与加固后桥梁的相对残余变位(应变)指标分布规律基本相同，甚至出现加固前好于加固后的情况。其中，0～5%范围内的相对残余变位(应变)占到了75%左右，其他范围的占有率较为平均。

图1 相对残余变位(应变)改善情况

2 跨中挠度改善情况

跨中挠度改善率是指静荷载试验过程中桥梁跨中主要挠度测点的测量值相较于理论值的改善程度，按下列公式计算：

式中：Rw表示跨中挠度改善率；whi表示加固后第i根梁跨中挠度实测值；wdi表示加固后第i根梁跨中挠度设计值。

跨中挠度的大小反映了桥梁纵向抗变形的能力。从计算公式可以看出，跨中挠度改善率可间接反映桥梁纵向刚度的改善情况。即当跨中挠度改善率较大时，跨中挠度远小于理论设计值，说明桥梁纵向抗变形能力大，纵向刚度满足要求。当跨中挠度改善率较小时，跨中挠度偏离理论设计值，说明结构出现损伤，纵向刚度降低[6]。

因此，提出跨中挠度改善率指标，通过对比分析加固前与加固后桥梁跨中挠度改善率的分布规律，根据改善率的不同评价加固后桥梁纵向抗变形能力的改善情况。共统计了33座加固后桥梁404个测点和19座加固前桥梁362个测点的跨中挠度改善率数据，见表2。

表2 跨中挠度改善率数据统计表

结合图2及统计的数据可以看出，加固前桥梁跨中挠度改善率分布在0.47～1.59范围内，大部分在0.60～0.85之间，0.50以内很少，部分高达0.85～1.00，甚至少部分挠度校验系数超过了1.00，总体上说明加固前桥梁的跨中挠度改善率偏高。加固后桥梁跨中挠度改善率分布在0.15～1.00范围内，0.50以内占有比例较高，0.50～0.80范围内占有比例较为平均，0.80～1.00范围内占有比例逐渐降低，特别是0.90～1.00范围内占有比例很低小，可见加固后桥梁的跨中挠度得到了不同程度的改善。

图2 跨中挠度改善情况

3 冲击系数改善情况

冲击系数大小反映了桥梁的动力特性。当实测冲击系数小于其理论设计值时，说明桥梁动力特性较好。当测冲击系数大于其理论设计值时，说明桥梁的动力特性较差。因此，冲击系数改善率指标，衡量桥梁冲击系数实测值偏离设计值的程度，以此评价桥梁加固后的动力情况，按下列公式计算冲击系数改善率：

式中：Rμ表示冲击系数改善率；μh表示加固后桥梁冲击系数实测值；μd表示加固后冲击系数理论设计值。

按上述公式的计算方法，共统计了31座加固后桥梁161个工况和26座加固前桥梁98个工况下的冲击系数改善率数据，汇总如表3。

表3 冲击系数改善率数据统计表

结合图3及统计的数据可以看出，总体上相较于加固前，加固后桥梁的冲击系数明显降低。加固前桥梁冲击系数改善率分布在2.9%～20.8%范围内，大部分在0～5%之间，5%～25%范围内较为平均，可见加固前桥梁的冲击系数较高，桥梁动力性能较差。加固后桥梁冲击系数改善率分布在-27.3%～13%范围内，大部分在-30%～-10%之间，小部分在-10%～10%以内，一部分在10%～15%之间，这说明桥梁在加固后的冲击系数得到了不同程度的改善。

图3 冲击系数改善情况

4 结论

通过对辽宁省内桥梁加固前后荷载试验数据进行统计分类，分析相对残余变位(应变)、跨中挠度和冲击系数等在内的各参数改善情况。得到结论如下：

(1)总体上加固前与加固后桥梁的相对残余变位(应变)指标分布规律基本相同，其中，0～5%范围内的相对残余变位(应变)占到了75%左右，其他范围的占有率较为平均，可见加固后桥梁的相对残余变位(应变)改善程度一般。

(2)加固后桥梁跨中挠度改善率分布在0.15～1.00范围内，0.50以内占有比例较高，其余范围内占有比例逐渐降低，可见加固后桥梁的跨中挠度得到了不同程度的改善。

(3)加固后桥梁冲击系数改善率大部分在-30%～-10%之间，这说明桥梁在加固后的冲击系数得到了不同程度的改善。