服役混凝土梁桥承载能力时变模型分析与应用.pdf
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1、第 3 7卷 , 第 1 期 2 0 1 2年 2月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 3 7,No 1 F e b,2 0 1 2 服役混凝土梁桥承载能力时变模型分析与应用 郑顺 ,胡柏 学 ,罗 阳青 , 黄浩 ( 1 长沙理工 大学 “ 桥梁安全控制 ” 省部共 建教 育部重 点实验 室 ,湖南 长沙4 1 0 0 0 4 ; 2 湖南 省交 通科 学研究 院 ,湖南 长沙4 1 0 0 1 5 ) 摘要 】阐述分析 了锈蚀钢筋与混凝土粘结性 能 、 混凝 土碳化衰 减性 能、 混 凝土抗 压强度 的时变 性能 、 锈蚀 钢筋力学
2、性能及不同受力状况等对混凝土梁桥性能退化的影响。通过工程实际和研究, 在已有资料的基础上, 改 进 了服役钢筋混凝土梁桥 承载 能力模 型。研究 的理论基本 上解决 了服役混凝土梁桥的承载 力评定 和预测 问题 , 为 旧桥的可靠性评估奠定了基础。最后 , 通过工程实例的计算 , 具体说明了梁桥承载力验算的方法以及理论与实际 的符合情况。 关键词 服役 ; 混凝土 ;梁桥 ; 承载力 ;应用 【 中图分类号 】U 4 4 6 3 ; U 4 4 5 7 2 【 文献标识码 A 文章编号 】1 6 7 4 0 6 1 0 ( 2 0 1 2 ) 0 1 0 1 4 9 0 3 An a l y
3、s i s a n d a p p l i c a t i o n o f be a r i n g c a pa b i l i t y t i me - v a r y i ng m o d e l o f i n- S e r v i c e c o n c r e t e g i r d e r b r i dg e ZHENG S hun ,HU Ba i x ue ,LUO Ya ng qi ng ,HUANG H a o ( 1 T h e K e y L a b o r a t o r y o f B r i d g e E n g i n e e r i n g S a f
4、e t y C o n t r o l b y Hu n a n P r o v i n c e a n d D e p a r t m e n t o f E d u c a t i o n,Ch a ng s h a Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,Cha ng s h a,Hu n a n 4 1 0 00 4,Ch i n a; 2 Hu n a n C o m mu n i c a t i o n n s R e s e a r c h I n s t i t u t e , C h a n
5、 g s h a , H u n a n 4 1 0 0 1 5 ,C h i n a ) Ab s t r a c t T h e a rt i c l e r e p o rt s o n t h e e f f e c t o f r u s t y s t e e l a n d c o n c r e t e b i n d i n g p r o p e rt i e s, c o n c r e t e c a r b o na t i o n a t t e nu a t i o n p e r f o r ma n c e, c o n c r e t e c o mp r
6、e s s i v e s t r e n g t h t i me v a r y i n g p e r f o r ma n c e, c o r r o d e d r e i n f o r c e d me c h a ni c a l p r o pe rti e s a n d t he di f f e r e n t s t r e s s i n c o n c r e t e g i r de r b r i d g e p e r f o r ma n c e d e g r a d a t i o n B a s e d o n e x i s t i n g d
7、a t a , t h e a p p l y i n g p r o j e c t s a n d r e s e a r c h e s h a v e i mp r o v e d t h e b r i d g e c a r ryi n g c a p a c i t y mo d e l o f s e r v i c e c o n c r e t e g i r d e r b r i d g e Th e r e s e a r c h t h e o ry h a s s o l v e d t h e e v a l u a t i o n a n d p r e d
8、i c - t i o n o f s e r v i c e t h e b e a r i n g c a p a c i t y o f c o n c r e t e g i r de r b r i d g e,whi c h i s t h e r e l i a b i l i t y e v a l ua t i o n o f t he t h e o l d b r i d g e t o l a i d a f o u n d a t i o nF i na l l y,t h r o u g h t h e c a l c ul a t i o n o f e n g
9、i n e e r i n g e x a mp l e s ,i t i l l us t r a t e s t h e me t h o d o f c a l c u l a t i n g t h e be a r i n g c a p a c i t y o f t he g i r de r b r i d g e a n d t h e c o r r e s p o n de n c e b e t we e n t he t h e o ry a n d p r a c t i c a l s i t u a t i o n Ke y wo r d s s e r v i
10、 c e ; c o n c r e t e ;g i r d e r b r i d g e ; b e a r i n g c a p a b i l i t y ; a p p l i c a t i o n 1 概 述 近 年来 , 桥 梁跨塌 事 故频 繁发 生 , 桥 梁 的耐久 性 和承载能力引起关 注。国内外的资料表明 , 随着桥 梁结构的老化和损伤累积, 以及车辆荷载 的增加和 维修加 固欠缺 的原 因,既有公路桥 梁 的承载力偏 低 , 形成 了危桥。在我 国的桥梁建筑中,钢筋混凝 土梁桥 占有相当的比例 , 且其材质的老化问题非常 严重。可见对钢筋混凝土梁桥的材质老化及耐
11、久性 等问题进行研究具有实用价值。 混凝土的耐久性 是指混凝 土在实 际使 用条 件下抵抗各种破坏 因素的作用 , 长期保持强度和外 观完整性的能力 。混凝土材料的耐久性指标一般包 括 : 混凝土 的碳化、 混凝土 中钢筋 的锈蚀 、 碱一 骨料 反应 、 混凝土冻融破坏、 氯离子侵蚀 。 在一般大气环境下,混凝土结构的耐久性问题 主要是混凝土碳化与钢筋锈蚀的问题。通过大量的 调查研究表明, 使用年限达到 3 0 a的梁桥,在一般 【 收稿 日期 2 0 1 l l 0 2 0 作者简介】郑顺 ( 1 9 8 6 一) , 男 , 湖南岳 阳人, 硕士研究生 , 主要从事桥梁安全评估 与研究工
12、作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 5 0 公路工程 3 7卷 环境下约有 4 0 的混凝土已碳化到钢筋的表面, 潮 湿环境下约有 9 0 的混凝土构件已发生锈蚀 , 严重 者已不能正常运营。 本文主要研究一般大气环境下混凝土梁桥的耐 久性与梁桥在服役阶段时的承载能力 问题 的实 际应 用。 2 钢筋和混凝土的粘结性能劣化 对 于钢筋锈蚀 程度较小且 尚未开裂的受弯构 件,在计算梁桥 的抗力时可不考虑粘结性能的劣化 引起的抗力降低。对于保护层已锈蚀开裂的受弯梁 桥, 应通过引人粘结性能劣化系数来考虑粘结性能 的劣化对抗力 的影响 , 粘结性能劣化系数 垂
13、按表 1 取值 。 表 1 粘结性能 恶化 系数 Ta b l e 1 Bo nd pr o pe r t i e s d e t e r i o r a t i o n e o e f fic i e nt 锈蚀裂缝宽度f l fl m 粘结性能劣化系数 0 0 5 O O 52 0 32 0且钢筋锚 固可靠 注 : ,为 0 0 5 2 0 h i m, 当 d1 6 mm时 , 取 =0 9 5 ; f 0 9 5 时 , 取 = O 9 5 。 3 混凝土碳 化的预测模型 混凝 土碳化深度平 均值 的预测模型 可表示 为 : u a ( t) , ( 7 4 【 7 4 ) 式中: k
14、 。 为地 区影响系数 , 北方地 区为 1 0 , 南方地 区或沿海地带取 0 50 8 ; k 为箱梁 内外 影响系 数 , 箱外取 1 0 ,箱 内取 0 8 ; k , 是养护 时间修正系 数 , 对一般施工情况取为 1 5 。 4 混凝土抗压强度 的时变模型 混凝土立方 体抗压强度平均值 函数 可 以表 示 为 : URo( t ) : 1 4 5 2 9 e x p 【 一 0 0 2 4 6 ( 1 n t 一1 7 1 5 4 ) 。 式 中: u 为混凝土 2 8 d抗压强度的平均值。 5 一般大气环境 中钢筋锈蚀模型 5 1 钢 筋开 始锈蚀 时 间的确 定 = ( ) o
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