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案例研究
严重破坏钢筋混凝土T梁桥的极限抗弯承载力
Yong Li1; Jinquan Zhang2; Yanjiang Chen3; and Lipeng Wu4
摘要: 对现有桥梁的安全范围和过载能力进行准确的预测，这对极限抗弯承载力进行合理、准确的评价来说是至关重要的。一个使用了28年的破损的简支的t梁桥的跨度有20米，它严重受损，并决定用新的来替换它。对这一不良跨度进行了现场破坏荷载试验。利用非线性有限元模型，对失效载荷进行了预测，并对载荷-位移响应进行了跟踪。得出了破坏载荷试验得到的极限弯曲能力，并且与极限状态设计方法得到的结果进行了比较。对比结果表明，该桥梁的极限抗弯承载力大于自重和超载车辆共同作用产生的弯矩，这也解释了为什么大桥承载超载车辆多年。DOI: 10.1061/(ASCE) BE.1943-5592.0001027. copy; 2017 美国土木工程师协会。
作者关键词:桥梁工程;极限抗弯能力;破坏性的负载测试;简支T形梁桥;非线性有限元分析。
简介
为了保证桥梁能安全的承受设计荷载，其极限承载力应大于设计荷载所产生的弯矩。 如果超载的车辆在桥上行驶，桥就会倒塌。 在一段时间内，由于各种原因导致桥梁逐渐退化，如不利的环境影响和材料的老化。这些恶化会影响桥梁的极限抗弯能力。采用有限元模型分析、材料条件和状态参数检测、目视检查和现场载荷试验等方法，对在使用桥梁的极限抗弯承载力进行了评价。破坏荷载试验是研究现有桥梁极限抗弯承载力的一种直接方法。 由于成本高，进行破坏性负荷试验是困难的;此外，只有将要被拆除或更换的桥梁适用于破坏性负荷试验。尽管存在这些局限性，但在国内外的桥梁上仍在进行破坏性负荷试验，以研究其极限抗弯能力。
在过去进行了破坏性负荷试验和非线性有限元模型分析，预测了几乎所有类型桥梁的破坏行为，如钢筋混凝土板桥。(Miller et al. 1994; Shahrooz et al. 1994; Ho and Shahrooz 1998;
1.石石家庄铁东大学土木工程学院副教授，中国石家庄050043(通讯作者)。电子邮件:lyncdw@126.com。
2今年2教授，交通运输部研究所，北京100088。
3 .北京大学建筑与土木工程学院建筑与土木工程系北京大学建筑与土木工程学院教授，北京100088。
4 .中国石家庄市石家庄铁东大学土木工程学院副教授。
标注。这份手稿是在2016年2月1日提交的;2016年11月16日批准;2017年2月3日在线发布。讨论期至2017年7月3日;单独的讨论必须提交给个别的文件。本文是《桥梁工程》的一部分,copy;陈纯ISSN 1084 - 0702。
Roschke and Pruski 2000; Pressley et al. 2004), 钢筋混凝土T形梁桥 (Ha-Won et al. 2002; Zhang et al. 2013), 钢桥 (Azizinamini 2002; Bechtel et al. 2011), 还有其他类型的桥梁(Chajes et al. 2006; Bergstrouml;m et al. 2009). 桥梁的破坏荷载试验也在中国进行。(Xu 2006), 包括在铁路上的钢筋混凝土预应力梁桥（使用30年;跨度为6.7米)，一个公路钢筋混凝土预应力梁桥(使用43年;跨度为13.3 m)，钢筋混凝土空心板桥，预应力混凝土(预应力混凝土)低板桥，预应力混凝土 t梁桥，和预应力混凝土箱梁桥。所有这些研究都发现，通过破坏性负荷试验获得的这些严重受损桥梁的抗弯承载力大于线性弹性分析或其他非破坏性试验所获得的评价方法。建议采用非线性有限元分析技术和有限状态工具对钢筋混凝土桥梁的弯曲性能试验结果进行检测。桥梁的破坏性荷载试验强调了其抗弯承载力、失效模式和改进的有限模型分析。试验结果可为改造和维修管理提供依据。
T型梁桥是一种常见的桥梁类型，具有快速施工等优点。他们是工厂预制的，然后拼接和安装在桥址。自20世纪70年代以来，中国建造了许多钢筋混凝土t梁桥，跨度达20米。然而然而，由于不良的环境影响导致的交通和材料的退化导致了这种类型的桥梁的一些典型的和类似的应力(例如t梁和隔膜损坏的严重裂缝)。这样的痛苦可以降低最终的弯曲能力。在山西省，超过120个钢筋混凝土梁桥由于使用超载的运煤卡车而迅速恶化。对这种桥梁结构的极限抗弯承载力的研究对改造和剩余寿命评估具有重要意义。理解和准确地预测移动车辆下钢筋t梁桥的抗弯承载力是非常重要的。
摘要本文讨论了一种典型的具有反结构荷载试验和非线性有限元模型的、典型的、具有抗震性能的钢筋混凝土t梁桥，从而为该类桥梁的改造设计提供了参考。
copy; ASCE 05017003-1 J. Bridge Eng.
J. Bridge Eng., 2017, 22(5): 05017003
桥的描述
两车道200米长的跨距(10个简单支撑的跨度为20米)T形梁桥建于1982年。它位于山西省，是一个大型的煤炭基地。每个跨度有5个平行的t形梁(图1)。每一个t形梁在工厂中都有两个端面横膈膜和三个中间隔板。然后，通过横膈膜连接在一起。
使用钢板和在20-mm间隙内注射砂浆的桥址[图。1(e)]。t形梁和横膈膜的加固细节如图2所示。这座桥是用旧代码设计的[试行代码(中华人民共和国交通部1975年)]。设计车辆的负载是车辆-20，这相当于一个卡车车队，由200-kN卡车和300-kN卡车组成。这座桥由于严重，需要在其建造28年后重新安装。
(a)
10个跨度每个20000毫米
20000
(b)
500毫米宽的防撞护栏
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7000 |
(c)
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500 |
7000 |
500 |
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防撞护栏 |
20毫米厚的沥青混凝土 |
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60毫米厚混凝土 |
110 |
170 |
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1300 |
1100 |
1130 |
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隔膜 |
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710 |
180 |
710 |
710 |
180 |
710 |
710 |
180 |
710 |
710 |
180 |
710 |
710 |
180 |
710 |
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(d)
图1所示。桥梁的布置和连接细节:(a) t型梁桥的总体视图和测试跨度(图像Yong Li);(b)海拔测试广度;(c)平面视图;(d)截面;(e)横膈膜的连接(注意:单位为毫米)
copy; ASCE 05017003-2 J. Bridge Eng.
J. Bridge Eng., 2017, 22(5): 05017003
钢板
沥青混凝土
混凝土
20
喷射砂浆
钢板
(e)
图1所示。（后续）
由超载的运煤卡车在桥上行驶造成的恶化，导致其使用能力的极限超过了极限。
在t梁腹板上观察到超过允许裂缝宽度极限为0.2 mm的垂直和对角裂缝的视觉检查[JTG H11-2004(中华人民共和国交通部2004)]。该隔板被发现被破坏，某些连接区域表示常见损伤，包括脱落或开裂的注入砂浆、钢板腐蚀和焊缝开裂。纵向裂缝发生在梁的底部，在相邻的t型梁之间的纵向连接处发现了垂直的错位。损坏的照片如图3所示。根据桥梁的退化和相应的维护代码[JTG/T G21-2011(2011年中华人民共和国交通部)]，这个T形梁桥需要对交通关闭，以完成改造。
目视检查仅提供了一个定性指标，即t梁桥不适合正常运行。确认最终的抗弯承载力是否满足设计车辆的负荷要求是困难的，因为在桥被检查之前，重型运煤卡车仍在桥上行驶。
材料性能和加强
从该桥上提取10个直径为100毫米、长度为100毫米的核心试样，以确定混凝土的实际强度。从试验的岩心试样中，混凝土的抗压强度为47.2-58.8 MPa(平均50.3 MPa)。混凝土抗压强度的预测特性和设计值[GB/T 50107-2010(中国住房和城乡建设部2010年)]分别为30.6和21.2 MPa。试验混凝土强度明显超过原设计混凝土强度(特征值21.5 MPa;设计值,17.5 MPa)。
在进行了破坏性试验后，测定了钢条的强度。D28纵向钢筋的弹性模量和平均屈服强度分别为208 GPa和376 MPa，而D10 箍筋分别为212 GPa和243 MPa。对于纵向受力钢筋和箍筋
的测试强度远高于D28纵向受力钢筋的设计强度340Mpa和D10箍筋的240Mpa。
破坏性载荷试验程序
安排和加载
这座桥的10个跨度中，第三个跨度的t梁严重受损，需要拆除并更换新的大梁。因此，选择第三个跨度进行去结构荷载试验，以确定桥的实际抗弯承载力(图4)。
由于重型卡车通常在右车道行驶，空车返回到左车道，所以在T形梁1,2和3的腹板上观察到比T形梁4
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