某素混凝土拱桥的承载能力评估.pdf

2 0 1 1年第 4期( 总 1 7 9期 ) 安徽建筑 交 通 工 程 研 究 与 厘 用 安 徽 建 筑 _ 某素混 桥的承 能力诬鱼 Car r y i n g Oap ac i t y As s es sment o f a Pl ai n Con cr e t e Ar ch Br i dge 王 奇， 张海生， 曾祥林 ( 西 南 交 通 大 学 土 木 工 程 学 院， 四 川 成 都 6 1 1 7 5 6 ) 摘要 ： 以某素混凝土拱桥为工程背景， 对其承栽能力进行评估研究， 得出评估结论， 为同类桥梁评估及维修加固提供依据。 关键词 ： 拱桥； 承栽力； 评估 中图分类号： U 4 4 1 + 4 文献标识码： B 文章编号： 1 0 0 7 7 3 5 9 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 1 1 6 - 0 2 1 工程概 况 某素混凝土拱桥，全长 4 0 m，主拱为等截面悬链线无铰 拱， 矢跨比 1 6 ， 主拱跨度为 3 0 1 8 m， 宽 2 7 5 m， 厚 0 8 m， 主拱两 端各有 3个腹拱 ，腹拱圈净跨径 2 2 1 m，厚 0 3 m。桥面总宽 3 0 m， 桥面布置为 2 X 1 l m( 车行道) + 2 X 4 m( 人行道) ， 其中人行道 有 1 2 5 m挑出。原设计荷载等级为汽车 一 2 0 ， 挂车 一 1 0 0级。由 于交通量和车辆载荷的日益增大， 该桥的实际荷载等级要高于 原设计荷载等级， 需对其承载能力进行评估。 2 评估计算 2 1 计算荷载 计算荷载采用设计荷载： 汽车 一 2 O ， 挂车 一 1 0 0级 ， 人群荷 载集度 3 5 k N m： ； 永久荷载 ， 包括结构材料 自重 2 4 k N m 、 二期 恒载 2 4 k N m 3 拱上填料 2 3 k N m ； 同时考虑了收缩 、 徐变 1 0年 以及升温 2 0 和降温 1 5 的不利情况。根据设计规范进行 3 种不利荷载组合( 见表 1 ) ， 来验算关键截面的承载能力。 2 2计算模型 桥跨上游侧， 从右到左， 腹拱依次编号为 1 6 。 1 、 3 、 、 6 腹拱为三铰拱， 2 、 5 腹拱为两铰拱。经检测 ， 主拱顶部及顶部 附近分别存在宽度约 4 ra m 5 ra m及 1 2 ram 一 2 5 ra m的贯穿拱圈 底面及上下游侧面的裂缝， 计算时， 将两处贯通裂缝模拟为铰。 在主拱圈拱脚处固结， 各横墙与主 、 腹拱之间按实际情况采用 图 1 全桥计算模型 图2 腹拱计算模型 项目基金： 西南交通大学第五期大学生科研训练计划( S RT P ) 目。 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 5 0 6 作者简介： 王奇( 1 9 9 0 一 ) ， 男， 辽宁铁岭人， 西南交通大学在读本科生。 三种荷载组合形式 表 1 荷载组合 组合形式 组合 I 组合 永久荷载+汽车荷载 +人群荷载 永久荷载 +汽车荷载 + 人群荷载 + 温度影响 组合 永久荷 载 +挂 车荷载 注： 对于组合包括升温作用和降温作用下的荷栽， 此处取最不利组 合情况。 组合 I 作用下最小弯矩工况下主拱部分单元承载能力验算结果 表 3 组合 I I 作用下最小弯矩工况下主拱部分单元承载能力验算结果表4 安全储备系数 荷载组合 1 、 6 腹拱 2 、 5 腹拱 3 、 腹拱 注： 对于组合 包括升 温作 用和降温作 用下的荷栽 ， 以上三 处仅 列 出 两者最不利情况。 ( 下转 第 2 1 8页 ) 虽 2 0 1 1年第 4期( 总 1 7 9期 ) 安徽建筑 建 筑 经 济 与 管 理 安 徽 建 筑 _ 到项 目的续保及被保险人投保的积极性。 笔者根据多年处理该 类案件的一些经验， 现梳理如下。 现场数据收集， 包括现场受损照片 、 损失数量的量测、 在建项 目的事故发生前后施工 日志、 监理 日志、 在役( 建 ) 受损 项目的设计 图纸、 施工组织设计、 在建受损项 目的中标文件、 现 场地形地貌的描述 、 地质报告、 事故发生前天气情况 、 事故问询 记录( 对现场施工人员、 管理人员、 监理、 业主) 、 了解工程所在 地建筑材料及设备棍赁费用情况以及人员工资情况等； 结合保险合同进行事故分析，确定是不是保险责任范 围； 事故所造成的结构体系功能损失分析； 制定相应的结构功能恢复优化方案 ； 功能恢复所需工程量统计； 损失费用计算； 理赔费用确定。 按照上述思路整理成框图 1 。 4 结论及建议 工程保险由于涉及到保险金额巨大 ， 发生保险事故时， 不 同的恢复设计方案所产生的损失费用千差万别， 如果不从工程 结构设计意图出发，还有可能造成恢复方案超越原设计功能， 从而导致不必要的费用支出。所以在处理该类案件时候， 必须 分析结构功能的损失情况， 按照实际损失情况 ， 优化设计方案， 制定保险人与被保险都能接受的功能恢复方案， 从而为损失费 用及理赔费用计算奠定坚实的科学依据， 从根源上杜绝保险人 和被保险人的理赔纠纷。为保证整个理赔按部就班的进行， 建 议参与灾害损失分析的相关人员要做到以下几点。 4 1以事实为依据。 以科学为准绳 所谓“ 事实” 就是现场实际损失现状 、 保险合同的约定以 及现场采集的其它数据； 所谓“ 科学” ， 就是依据我国现行的建 筑： 程相关规范 、 结构设计相关原理以及我国建筑工程概预算 计算规则。 4 2选择有着丰富工程经验背景且懂保险的人员参与处理 工程保险事故最大的特征就是： 程技术，只有按照保险 案件处理的思路， 依靠工程技术作为切入点， 将保险条款与 亡 程技术方案有机的融合， 才能保证保险人和被保险人双方的利 益。 4 3注重每个环节的沟通与协调 每个环节的沟通与协调是保证保险人与被保险人对案件 处理保持高度的思想统一， 将双方对案件处理思路的不统一通 过反复沟通与协凋， 逐渐达到统一的过程。 4 4事前做好充分的准备工作 工程保险事故发生后，保险人应i亥在第一时间协同工程 技术人员到达事故现场采集相关数据， 问询相关人员 ， 收集与 工程结构损失有关的各类资料 ； 了解事故所在地及淡判对象所 在地的人文礼仪； 调查工程项 目所在地相关建筑材料 、 设备的 价格信息等， 为后续制定谈判方案准备第一手材料。 4 5制定科学合理的谈判方案 科学合理的谈判方案是建立在事实充分的基础上的 ， 采 取科学合理的工程技术手段，分阶段分层次和被保险人商谈。 每次商谈前， 保险人和参与处理的工程技术人员要事先充分沟 通， 确定主谈及协谈人员、 理清谈判思路、 明确谈判 目标 ， 预判 可能的谈判纠纷及制定相应的处理办法。 4 6参与谈判人员衣着整洁 ， 谈吐文明优雅 只要保险人、 工程技术人员及被保险按照既定损失事实， 结合保险合同条款的约定及双方( 保险人与被保险人 ) 认可的 结构功能恢复方案，工程保险理赔计算就能体现损失事实清 楚、 费用计算合理、 赔付双方满意的结果。 ( 上接第 1 1 6页) 绞接或刚性联结。 采用有限元分析软件建立全桥计算模型， 如图 1 。桥跨上 游侧， 从左到右， 主拱单元依次编号为 1 0 0 ； 6个腹拱均等分 为2 0 个单元 ， 从左到右， 编号为 l # 2 1y ， 腹拱计算模型如图 2 。 2 3计算方法 利用有限元分析软件对桥梁实际受力状态进行有效模拟 并计算各种荷载组合作用下各个单元截面的内力， 从而达到对 桥梁承载能力进行评估的目的。对于该桥承载能力的评估， 只 需验算 j 三 拱圈在汽车 一 2 0 ， 挂车 一 1 0 0级荷载作用下 ， 各单元的 安全储备是否充足。 2 4计算结果 2 4 1丰拱评估计算结果( 见表 2 ) 由主拱的计算结果可知， 主拱在荷载组合 的作用下， 安 全储备系数大于 1 ，表明主拱在荷载组合时具有足够的强 度。但是， 主拱在荷载组合 I、 的作用下 ， 最小弯矩工况下出 现了安全储备系数小于 1的单元， 具体见表 3 、 表 4 。 表 3 、 表 4中的计算结果表明主拱的右拱脚附近单元安全 储备系数较低， 强度储备不足。 2 4 2 腹拱评估计算结果 由于结构对称 ， 1 3 腹拱与 一 6 腹拱计算结果相同， 计 算结果见表 5 。 由腹拱的计算结果可知 ， 1 6 腹拱在 3种荷载组合的作 用下安全储备系数均大于 1 ，表明 6个腹拱均具有足够的强 度。 2 5评估计算结果 桥跨上游侧 ， 右拱脚 0 - 2 2 m的区域内， 桥梁主拱结构的 安全储备系数较低， 强度储备不足， 不满足汽车 一 2 0 ， 挂车 一 1 0 0 荷载等级要求。 建议： 对该桥进行补强加固或拆除重建； 处治前应对该桥 进行交通管制 ， 限载限速。 3 结语 本文基于某素混凝土拱桥的现场检测结果，通过建立有 限元分析模型， 对该桥进行了承载能力评估。由于目前阶段对 于旧桥的承载能力评估只是采用荷载试验方法对其数据进行 定性分析， 还不能定量研究各种影响因素， 分析该桥的承载能 力。因此， 既有桥梁的评估方法有待进一步的探讨。 参考文献 1 卢建飞 某圬工拱桥承载力评估【 J 黑龙江交通科技， 2 0 1 0 ( 5 ) 2 何建，胡平， 杨建明 拱桥承载力评估及维修加固研究I J J 南华大学 学报， 2 0 0 7 ( 1 ) 3 刘加湾， 等 既有双曲拱桥承载力评估及加固m市政技术， 2 0 0 3 ( 1 ) 虽