橋梁的承載力

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淺談橋梁承載力蛻變理論及其應(yīng)用

淺談橋梁承載力蛻變理論及其應(yīng)用提出了橋梁承載力蛻變理論，并將該理論概括為4個(gè)階段：承載力耗散階段、承載力衰變階段、承載力潰損階段和承載力提升階段；

對(duì)各階段的科學(xué)定義、性態(tài)特征、影響因素、效應(yīng)度量、構(gòu)模體系及量化分析作了概化，可為已成橋的技術(shù)評(píng)價(jià)和改造利用供給理論依據(jù)與應(yīng)用借鑒.摘要：

橋梁工程；

承載力蛻變理論；

概化；

耗散；

衰變；

潰損前言：在現(xiàn)有路網(wǎng)中，舊橋?yàn)閿?shù)眾多，舊橋承載力的評(píng)價(jià)和維護(hù)改造是道路運(yùn)營(yíng)管理過(guò)程中的重要環(huán)節(jié).按現(xiàn)有橋梁承載力評(píng)定程序和方法，需要對(duì)待評(píng)的大量橋梁逐一進(jìn)行加載測(cè)試，工作量巨大，不但難以有效實(shí)現(xiàn)且費(fèi)用昂貴.要客觀而切實(shí)地對(duì)橋梁承載力舉行評(píng)定，務(wù)必全面科學(xué)地建樹(shù)橋梁承載力的理念.所謂橋梁承載力是指橋梁在服役期限內(nèi)某一考察時(shí)刻對(duì)使用功能荷載和環(huán)境苦難性荷載的綜合承受與抗拒才能.由此，定義了橋梁在服役期限內(nèi)不同時(shí)刻有不同的承載力，即承載力遵循著隨使用年限而逐步衰變的總體變化趨勢(shì)；

但若在某一時(shí)刻對(duì)橋梁實(shí)施技術(shù)改造，以使其布局性能得以改善和鞏固，那么橋梁承載力將在改造后相應(yīng)獲得提升.總之，橋梁承載力將隨時(shí)間歷經(jīng)增減變化的過(guò)程和趨勢(shì).這種變化我們可以用“蛻變”來(lái)加以概化.因此，橋梁由建成投入運(yùn)營(yíng)直至加固維護(hù)和最終退役全過(guò)程承載力的變化理論，可統(tǒng)稱(chēng)為“橋梁承載力蛻變理論”.新橋建成，按設(shè)計(jì)要求旨意，將具有較多的安好儲(chǔ)蓄，也即具有富裕的承載力，但隨著使用年限的延移，將開(kāi)頭呈現(xiàn)明顯病態(tài)，在這長(zhǎng)過(guò)程中，富裕的承載力被消耗掉了，我們稱(chēng)這個(gè)區(qū)段為“承載力耗散階段”；

自橋梁展現(xiàn)病害直至舊危橋，對(duì)安好營(yíng)運(yùn)構(gòu)成要挾之前的這個(gè)階段，稱(chēng)為“承載力衰變階段”；

當(dāng)橋梁在使用功能荷載或環(huán)境苦難性荷載協(xié)迫下，流失布局承載功能，或從根本上變更橋梁布局體系而成為危形布局，導(dǎo)致嚴(yán)重破壞或垮塌的這個(gè)短暫階段，稱(chēng)為“承載力潰損階段”；

當(dāng)對(duì)舊橋?yàn)榈弥臼褂靡?，加以再利用，而舉行技術(shù)加固、維護(hù)或改造，從而提高了原橋的承載力，將這個(gè)階段稱(chēng)為“承載力提升階段”.基于以上的概化分析，將“橋梁承載力蛻變理論”的蛻變軌跡劃分為以下4個(gè)階段：即①承載力耗散階段；

②承載力衰變階段；

③承載力潰損階段；

④承載力提升階段.1承載力耗散階段1.1承載力耗散的定義橋梁新建后投入營(yíng)運(yùn)，至開(kāi)頭展現(xiàn)宏觀的、可洞察其明顯損傷病害之前臨界的這個(gè)階段，將安好度取值較高、偏于豐饒的承載力被“消耗”掉，稱(chēng)這個(gè)階段為“承載力耗散階段”.1.2耗散階段橋梁的性態(tài)特征新橋建成后，在較長(zhǎng)的營(yíng)運(yùn)過(guò)程，橋梁性態(tài)一般較為良好，變形小、行車(chē)平穩(wěn)舒適，隨著使用年限的增加，橋梁的良好使用性態(tài)將逐步減退，主要表現(xiàn)在布局變形逐步增加，位移加大，內(nèi)部缺陷擴(kuò)展，動(dòng)力效應(yīng)加劇，懸吊橋梁體系出現(xiàn)張馳不均衡現(xiàn)象.使橋梁主要承力構(gòu)件強(qiáng)度降低.由于這些性態(tài)蛻變而影響到行車(chē)和使用的舒適性.隨著上述性態(tài)的變異，將促使橋梁病害的形成和加劇.從而使豐饒的承載力逐步被耗散掉.1.3承載力耗散的影響因素影響承載力耗散的因素較多，而且也較為繁雜，難以定量描述.其因素既有布局本身理由，也有來(lái)至環(huán)境的影響，既有設(shè)計(jì)施工材料前期缺陷，也有維護(hù)管理后期影響.概括起來(lái)由以下因素確定：

1）構(gòu)件早期內(nèi)部缺陷及其進(jìn)展；

2）重復(fù)荷載疲乏累計(jì)效應(yīng)；

3）砼收縮徐變效應(yīng)；

4）水、溫、氣環(huán)境腐蝕效應(yīng)；

5）超負(fù)荷使用或管理維護(hù)不善等.2承載力衰變階段2.1承載力衰變的定義繼橋梁承載力耗散至富裕承載力趨于耗盡之臨界，再繼續(xù)蛻變，那么橋梁由于累計(jì)損傷，而顯現(xiàn)出明顯的病害特征，因此，賦予橋梁承載力衰變的定義是：橋梁開(kāi)頭展現(xiàn)可宏觀直覺(jué)的病害特征，到逐步衰變，直至老舊破損、使用功能趨于防備狀態(tài)的這個(gè)階段稱(chēng)為“承載力衰變階段”.2.2承載力衰變的主要特征2.2.1承載力衰變的外部特征橋梁病害的加劇是承載力衰變的外部特征.由于橋梁損傷的積累與超負(fù)荷運(yùn)行，由于外部環(huán)境對(duì)橋梁的嚴(yán)重侵蝕，使得橋梁承力的主要構(gòu)件裂縫擴(kuò)展，砼碳化和鋼筋銹蝕加劇，從而表現(xiàn)出橋梁衰變的外部特征.2.2.2承載力衰變的力學(xué)行為特征橋梁衰變的力學(xué)行為特征是：橋梁整體或主要承力構(gòu)部件產(chǎn)生較大的位移和變形，操縱截面承受應(yīng)力極限有明顯的降低，展現(xiàn)了難以恢復(fù)的撓度和變位，橋梁動(dòng)力效應(yīng)顯著，以至引起構(gòu)件局部受力體系的變更等等.2.2.3承載力衰變的使用效能特征當(dāng)橋梁處在承載力衰變過(guò)程，在營(yíng)運(yùn)中將明顯地影響行車(chē)的舒適性，橋梁振動(dòng)加劇，使行車(chē)速率、載重量、車(chē)輛通行才能將受到較大影響，嚴(yán)重者將危及行車(chē)的安好性.2.3承載力衰變的主要影響因素引起橋梁承載力衰變的主要因素有：

1）砼裂縫的擴(kuò)展；

2）砼碳化與剝落；

3）鋼筋銹蝕加??；

4）鋼筋砼粘結(jié)抗撥力減退；

5）承力構(gòu)件損傷與變形；

6）石料風(fēng)化、脫落與錯(cuò)位；

7）懸吊體系腐蝕、松馳與老化等.3承載力潰損階段3.1承載力潰損的定義橋梁布局趨于危形體系或鄰近破壞垮塌，流失承載作用的非安好極限狀態(tài)的短暫階段，稱(chēng)為“承載力潰損階段”.處于承載力潰損階段的橋梁是已經(jīng)發(fā)生局部事故或鄰近重大事故的邊緣，或已展現(xiàn)急發(fā)事故的前兆期，無(wú)論何種狀況均是特別危害的階段.3.2橋梁潰損的形成條件及表現(xiàn)特征3.2.1承重布局體系變更體系變更是導(dǎo)致橋梁潰損垮塌的危害狀態(tài)，分述如下：

1）桿系布局4鉸體系的形式：如3鉸拱式體系，因砼施工分期澆筑，在使用中某些剛性接頭位置展現(xiàn)塑性鉸，變?yōu)?鉸危形體系.2）靜定布局局部承壓桿件的破壞：如靜定桁架體系，其中只要有一桿流失作用，那么變成可變布局而垮塌.3）懸吊中、下承式系桿拱拉桿斷裂，這種系桿拱式體系，由于系桿斷裂會(huì)導(dǎo)致橋梁局部或整體垮塌.4）梁式或拱式體系受彎性態(tài)的蛻變：梁式體系受彎狀態(tài)的變更、拱式體系拱上承重荷載的突變，都將導(dǎo)致布局彎曲性態(tài)極大變更，甚至展現(xiàn)垮塌事故.4承載力提升階段4.1承載力提升的定義對(duì)尚未展現(xiàn)橋梁潰損以前的舊橋衰變期，通過(guò)承載力評(píng)定及加固維護(hù)技術(shù)實(shí)施，從而提高其布局使用性能，對(duì)舊危橋的再利用階段稱(chēng)為“承載力提升階段”.4.2承載力提升原理及可能性4.2.1承載力提升原理當(dāng)橋梁布局對(duì)使用功能荷載、抗御各種苦難性荷載的承受才能缺乏或安好程度不夠時(shí)，那么務(wù)必提升其承載力.承載力提升的原理是鞏固與提高布局整體的剛度、強(qiáng)度與穩(wěn)定性，達(dá)成足以承受交通負(fù)荷需求和抗拒各種環(huán)境苦難破壞的綜合才能.4.2.2承載力提升的可能性布局設(shè)計(jì)不成能對(duì)各構(gòu)部件做到等強(qiáng)度和等剛度.使其主要各承力和傳力片面總會(huì)呈現(xiàn)性態(tài)不同的薄弱部位，對(duì)薄弱部位的加強(qiáng)是必要和可能的，其可能的加強(qiáng)方式主要有：

①增大構(gòu)件截面尺寸；

②加強(qiáng)和變更斷面型式；

③變更布局體系；

④鞏固構(gòu)部件聯(lián)系，加強(qiáng)布局整體剛度；

⑤調(diào)整布局自重、使應(yīng)力和變形趨于合理分布等等.4.3承載力提升的策略步驟1）對(duì)不同體系利用程度及鞏固部位的布局分析；

2）以使用性能為目標(biāo)對(duì)備用加固方案的自動(dòng)生成；

3）綜合考慮使用功能與環(huán)境因素對(duì)方案的優(yōu)選評(píng)價(jià)；

4）加固工程數(shù)量、材料及費(fèi)用模型的生成與量化.4.4承載力提升效果的判定與預(yù)料對(duì)加固改造后橋梁承載力的實(shí)際提升效果務(wù)必跟蹤測(cè)評(píng)，舉行布局分