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摘要：本文根据天津市高速公路桥梁,研究了超载对桥梁结构影响分析,分别从桥梁交通荷载状况与现行规范差异性、实测高速公路桥梁荷载参数、基于实测车辆状况的梁安全性进行了分析，经过分析得到目前天津市高速公路桥梁造存在不同程度损伤,部分桥梁安全储备不足,桥梁结构处于严重超负荷运营状态.
关键词：超载；桥梁结构；影响分析
1 桥梁交通荷载状况与现行规范差异性分析
我国桥梁设计规范以满足汽车工业发展而引发交通运输需要,总体上均滞后于汽车工业发展需要,超载现象日益普遍成为一个不争事实.近年来随着社会经济高速发展,高速公路上交通车流量和汽车轴载越来越大,对公路桥梁所造成损伤呈愈演愈烈态势,有关桥梁受到超载而出现垮塌事故时有发生,本次根据对天津高速公路交通轴载进行调查结果,与现行公路桥梁设计规范制定时荷载调查统计数据对比,以说明天津营运高速公路桥梁所面临荷载状况.
2 实测高速公路桥梁荷载参数分析
根据实测天津市高速公路车辆荷载状况,按照现行规范制定时以实测车辆总重量概率分布,以95%保证率确定得设计标准车辆总重为20t，以99%保证率确定得设计重车车辆总重为55t,以能观测到最大车辆荷载120t为验算荷载.仿照规范指标确定方法分别确定各线路车辆荷载状况.按照设计规范确定车辆荷载标准方法,在95%保证率前提下所调查各路段车辆均超过规范给定20t标准车；从超过20t车辆比例看各路段超过规范5%比例均较大,所调查高速公路上车辆有较大比例超过规范荷载标准,超限运输较为严重.
调查结果表明所调查路段上有较多车辆，含有较大比例车辆超过规范给定车辆荷载限值.同时按照桥梁设计规范规定车辆在车队上只有一部而实际上并非如此.表明实际状况与规范规定差异较大.对实测车辆总重情况分析结果表明路段上车辆与设计规范相比均有较大比例超过规范限值,实际桥梁交通状况与设计规范不符.
2.2 车辆荷载轴重对比
将所调查得到各车辆轮轴重量并与设计规范给出荷载对比.统计同样考虑各路段上货车占有比例.路段车辆轴重超过规范规定7t和13t现象较为普遍,超过规范规定轴重2倍,说明车辆超载现象普遍性.其中最大轮轴重在30t以上,超过规范规定14t轴重2倍以上.单轴重严重超限使桥梁构件局部受力十分不利.本次所调查高速公路上货车,无论是车辆总重还是车辆轴重都超过规范限值现象.这种现象不但普遍还有极端超限现象存在使桥梁实际承受荷载与桥梁设计荷载状况差异较大,对桥梁总体受力还是局部受力都十分不利.
3 基于实测车辆状况的梁安全性分析
根据各桥梁目前技术状态以及所承受桥上荷载状况,按照桥梁设计理论进行必要验算分析,计算分析桥跨结构抗力水平和荷载效应,结构应力水平、挠度和安全储备等.桥梁都是按照85规范进行设计其设计荷载为汽-超20,挂-120级,由于桥梁实际状态与设计状态不同,需考虑结构所承受实际荷载和结构损伤的对结构安全性所带来影响,根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》有关规定分别引入活载影响修正系数、承载能力检算系数和截面折减系数等来表征.
3.1 基于车辆荷载调查结果活载影响修正系数
对所调查各路段的车辆荷载状况,对桥上实际汽车荷载考虑三个方面修正系数,最后得到综合活载影响修正系数ξq,如表1.
实际调查典型代表交通量与设计交通量之比得到对应于交通量活载影响修正系数ξq1；实际调查重量超过汽车检算荷载主车大吨位车辆的交通量与实际交通量之比得到对应于大吨位车辆混入率活载影响修正系数ξq2；实际调查的轴荷分布确定后轴重超过汽车检算荷载最大轴载所占百分比得到对应于轴荷分布活载影响修正系数ξq3.
3.2 基于桥梁调查结果结构损伤状况分析
按照《公路桥涵养护规范》、《公路桥梁承载能力检测评定规程》等要求,结合近年来对高速公路上桥梁所进行定期检查结果,跟踪对比桥梁损伤及其发展情况,调查主要内容包括桥跨结构损伤状况、结构与材料退化情况、结构钢筋锈蚀状况等,调查结果表明高速公路桥梁在各种因素作用下均出现不同程度损伤,其中超过设计标准荷载作用因素尤为明显.在超载作用下桥跨结构出现受力特征性损伤,如结构产生过大拉应力而出现开裂和下挠变形,拼装式结构横向联系破坏而出现单梁受力等.损伤不断恶化对桥梁安全运营十分不利.
3.3 桥梁结构验算分析
根据各桥目前技术状态,结合交通量和交通轴载调查结果,建立分析模型,从桥跨结构实际荷载效应和实际抗力、控制截面的应力水平及其安全储备情况、挠度指标等方面进行对比,对运营桥梁安全性作评估.对高速公路上典型桥跨结构进行验算分析,主要结论为40m预应力混凝土工字梁连续刚构在超载作用下,跨中附近截面承载能力满足要求,但墩梁固结的墩顶前后各L/4范围内截面承载力不满足要求,实际超载荷载弯矩为结构抗力1.5-2.7倍.截面最大拉压应力均接近规范限值上限.20m、25m以及30m简支预应力T梁在超载车辆荷载作用下,跨中段截面承载力不满足要求,实际荷载效应为结构抗力105%-133%间.其中30mT梁还出现拉压应力指标均超过规范限值情况.16m和20m简支预应力箱形梁在超载车辆荷载作用下,跨中段截面的实际荷载效应为結构抗力110%左右,其承载力不满足要求,同时拉应力指标超过规范限值.10m和13m简支预应力空心板梁在超载车辆荷载作用下承载力满足要求,但拉应力超过规范限值要求,达到限值2倍.6m和8m简支钢筋混凝土实心板梁在超载车辆荷载作用下,跨中附近截面的承载力不满足要求,实际荷载效应为结构抗力1.5倍且结构裂缝宽度指标不满足规范要求.
高速公路大部分桥梁在超载荷载作用下均出现承载力不满足要求现象且结构出现应力指标达到或超过规范限值现象.根据高速公路实际交通情况出现超载超限车辆同时作用在桥上概率较多,极易造成桥梁突发性破坏.即桥梁在目前交通荷载作用下其安全性较低.综合分析结果表明在各种因素作用下高速公路桥梁安全性较低,需要进行必要加固或补强处理.
4 结论
根据对天津市高速公路典型桥型,在基于结构目前技术状态和交通状况结构安全性分析.由于长期超载作用对桥梁结构造成不同程度损伤使桥梁承载能力降低,降低幅度在6%-20%间,导致部分桥梁安全储备不足甚至没有安全储备.现有桥梁结构安全性均较低,大部分桥梁不能满足承载能力要求,结构应力水平不满足或储备不足,结构安全储备不足或无安全储备,极易造成桥梁突发性破坏且验算结果看超载车辆荷载效应已经远远超过原设计荷载效应,桥梁结构处于严重超负荷运营状态.
参考文献
[1]李文秀.超限超载车辆对桥梁结构的影响[J].山西建筑,2009(11),304-305
[2]李万恒浅谈超载运输对公路桥梁的危害[J].公路交通科技,2004(4)
[3]史鸿远.公路超载超限运输的危害与治理对策浅析[J].黑龙江科技信息,2009(28)
关键词：超载；桥梁结构；影响分析
1 桥梁交通荷载状况与现行规范差异性分析
我国桥梁设计规范以满足汽车工业发展而引发交通运输需要,总体上均滞后于汽车工业发展需要,超载现象日益普遍成为一个不争事实.近年来随着社会经济高速发展,高速公路上交通车流量和汽车轴载越来越大,对公路桥梁所造成损伤呈愈演愈烈态势,有关桥梁受到超载而出现垮塌事故时有发生,本次根据对天津高速公路交通轴载进行调查结果,与现行公路桥梁设计规范制定时荷载调查统计数据对比,以说明天津营运高速公路桥梁所面临荷载状况.
2 实测高速公路桥梁荷载参数分析
根据实测天津市高速公路车辆荷载状况,按照现行规范制定时以实测车辆总重量概率分布,以95%保证率确定得设计标准车辆总重为20t，以99%保证率确定得设计重车车辆总重为55t,以能观测到最大车辆荷载120t为验算荷载.仿照规范指标确定方法分别确定各线路车辆荷载状况.按照设计规范确定车辆荷载标准方法,在95%保证率前提下所调查各路段车辆均超过规范给定20t标准车；从超过20t车辆比例看各路段超过规范5%比例均较大,所调查高速公路上车辆有较大比例超过规范荷载标准,超限运输较为严重.
调查结果表明所调查路段上有较多车辆，含有较大比例车辆超过规范给定车辆荷载限值.同时按照桥梁设计规范规定车辆在车队上只有一部而实际上并非如此.表明实际状况与规范规定差异较大.对实测车辆总重情况分析结果表明路段上车辆与设计规范相比均有较大比例超过规范限值,实际桥梁交通状况与设计规范不符.
2.2 车辆荷载轴重对比
将所调查得到各车辆轮轴重量并与设计规范给出荷载对比.统计同样考虑各路段上货车占有比例.路段车辆轴重超过规范规定7t和13t现象较为普遍,超过规范规定轴重2倍,说明车辆超载现象普遍性.其中最大轮轴重在30t以上,超过规范规定14t轴重2倍以上.单轴重严重超限使桥梁构件局部受力十分不利.本次所调查高速公路上货车,无论是车辆总重还是车辆轴重都超过规范限值现象.这种现象不但普遍还有极端超限现象存在使桥梁实际承受荷载与桥梁设计荷载状况差异较大,对桥梁总体受力还是局部受力都十分不利.
3 基于实测车辆状况的梁安全性分析
根据各桥梁目前技术状态以及所承受桥上荷载状况,按照桥梁设计理论进行必要验算分析,计算分析桥跨结构抗力水平和荷载效应,结构应力水平、挠度和安全储备等.桥梁都是按照85规范进行设计其设计荷载为汽-超20,挂-120级,由于桥梁实际状态与设计状态不同,需考虑结构所承受实际荷载和结构损伤的对结构安全性所带来影响,根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》有关规定分别引入活载影响修正系数、承载能力检算系数和截面折减系数等来表征.
3.1 基于车辆荷载调查结果活载影响修正系数
对所调查各路段的车辆荷载状况,对桥上实际汽车荷载考虑三个方面修正系数,最后得到综合活载影响修正系数ξq,如表1.
实际调查典型代表交通量与设计交通量之比得到对应于交通量活载影响修正系数ξq1；实际调查重量超过汽车检算荷载主车大吨位车辆的交通量与实际交通量之比得到对应于大吨位车辆混入率活载影响修正系数ξq2；实际调查的轴荷分布确定后轴重超过汽车检算荷载最大轴载所占百分比得到对应于轴荷分布活载影响修正系数ξq3.
3.2 基于桥梁调查结果结构损伤状况分析
按照《公路桥涵养护规范》、《公路桥梁承载能力检测评定规程》等要求,结合近年来对高速公路上桥梁所进行定期检查结果,跟踪对比桥梁损伤及其发展情况,调查主要内容包括桥跨结构损伤状况、结构与材料退化情况、结构钢筋锈蚀状况等,调查结果表明高速公路桥梁在各种因素作用下均出现不同程度损伤,其中超过设计标准荷载作用因素尤为明显.在超载作用下桥跨结构出现受力特征性损伤,如结构产生过大拉应力而出现开裂和下挠变形,拼装式结构横向联系破坏而出现单梁受力等.损伤不断恶化对桥梁安全运营十分不利.
3.3 桥梁结构验算分析
根据各桥目前技术状态,结合交通量和交通轴载调查结果,建立分析模型,从桥跨结构实际荷载效应和实际抗力、控制截面的应力水平及其安全储备情况、挠度指标等方面进行对比,对运营桥梁安全性作评估.对高速公路上典型桥跨结构进行验算分析,主要结论为40m预应力混凝土工字梁连续刚构在超载作用下,跨中附近截面承载能力满足要求,但墩梁固结的墩顶前后各L/4范围内截面承载力不满足要求,实际超载荷载弯矩为结构抗力1.5-2.7倍.截面最大拉压应力均接近规范限值上限.20m、25m以及30m简支预应力T梁在超载车辆荷载作用下,跨中段截面承载力不满足要求,实际荷载效应为结构抗力105%-133%间.其中30mT梁还出现拉压应力指标均超过规范限值情况.16m和20m简支预应力箱形梁在超载车辆荷载作用下,跨中段截面的实际荷载效应为結构抗力110%左右,其承载力不满足要求,同时拉应力指标超过规范限值.10m和13m简支预应力空心板梁在超载车辆荷载作用下承载力满足要求,但拉应力超过规范限值要求,达到限值2倍.6m和8m简支钢筋混凝土实心板梁在超载车辆荷载作用下,跨中附近截面的承载力不满足要求,实际荷载效应为结构抗力1.5倍且结构裂缝宽度指标不满足规范要求.
高速公路大部分桥梁在超载荷载作用下均出现承载力不满足要求现象且结构出现应力指标达到或超过规范限值现象.根据高速公路实际交通情况出现超载超限车辆同时作用在桥上概率较多,极易造成桥梁突发性破坏.即桥梁在目前交通荷载作用下其安全性较低.综合分析结果表明在各种因素作用下高速公路桥梁安全性较低,需要进行必要加固或补强处理.
4 结论
根据对天津市高速公路典型桥型,在基于结构目前技术状态和交通状况结构安全性分析.由于长期超载作用对桥梁结构造成不同程度损伤使桥梁承载能力降低,降低幅度在6%-20%间,导致部分桥梁安全储备不足甚至没有安全储备.现有桥梁结构安全性均较低,大部分桥梁不能满足承载能力要求,结构应力水平不满足或储备不足,结构安全储备不足或无安全储备,极易造成桥梁突发性破坏且验算结果看超载车辆荷载效应已经远远超过原设计荷载效应,桥梁结构处于严重超负荷运营状态.
参考文献
[1]李文秀.超限超载车辆对桥梁结构的影响[J].山西建筑,2009(11),304-305
[2]李万恒浅谈超载运输对公路桥梁的危害[J].公路交通科技,2004(4)
[3]史鸿远.公路超载超限运输的危害与治理对策浅析[J].黑龙江科技信息,2009(28)