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混凝土橋梁疲勞壽命與使用安全評(píng)估

文檔作者：盧萍文檔來(lái)源：中鐵七局集團(tuán)鄭州工程有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年02月21日
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建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)
Building Technology Development
安全質(zhì)量
Safety andQuality
第43卷第9期
2016年9月
混凝土橋梁疲勞壽命與使用安全評(píng)估
盧萍
(中鐵七局集團(tuán)鄭州工程有限公司，鄭州450000)
[摘要]我國(guó)的橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展時(shí)期是在20世紀(jì)60年代初，在這段時(shí)間，橋梁建設(shè)正是逐步完善的時(shí)期，技術(shù)日漸成熟，
我國(guó)的鋼筋混凝土橋梁大部分建造在這個(gè)時(shí)期。而這些橋梁在經(jīng)歷了幾十年的負(fù)荷與載重，突出了各種各樣的問(wèn)題，如橋面出
現(xiàn)開(kāi)裂、塌陷、橋臺(tái)破損沉陷等一系列疲勞問(wèn)題。所以，橋梁的疲勞壽命與使用安全越來(lái)越受到重視，為了能夠更加安全的使
用這些橋梁，必須能夠?qū)蛄旱钠趬勖捌涫褂冒踩龀鋈婧侠淼脑u(píng)估。
[關(guān)鍵詞]混凝土橋梁；疲勞壽命；使用安全評(píng)估
[中圖分類號(hào)]Tu 528．1 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]1001—523X (2016)09—0135—02
Fatigue Life and Safety Evaluation of Concrete Bridges
LuPing
【Abstract]China’S bridge design technology development period in the early 1 960s，in this period of time，the construction of
the bridge is gradually perfect，the technology is mature with each passing day，the reinforced concrete bridges in our country most of
construction in this period．However these bridges after decades of load and load，highlighting the various kinds of problems，such as deck
cracking，collapse and abutment damaged the settlement and SO on a series of fatigue problems．So the fatigue life of the bridge with the
use of security more and more attention，in order to safer use of these bridges must to make a comprehensive and rational evaluation of
bridgefatiguelife and safetouse．
[Keywords]concrete bridge；fatigue life；safety evaluation
隨著時(shí)代的進(jìn)步和時(shí)間的推移，許多事物在不斷更新，以
適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展需要，而在過(guò)去的幾十年里，我國(guó)修建
的數(shù)十萬(wàn)座混凝土橋梁仍延續(xù)使用到現(xiàn)在，經(jīng)歷時(shí)間的打磨，
不斷反復(fù)地負(fù)重，這種負(fù)重隨著時(shí)代的進(jìn)步，車輛數(shù)目的激增，
病害的侵蝕， 由此造成的橋梁?jiǎn)栴}不斷出現(xiàn)， 橋梁坍塌的事
故也屢見(jiàn)不鮮，為了防止出現(xiàn)橋梁突然斷裂， 就需要對(duì)橋梁
的使用年限，即疲勞壽命做一個(gè)評(píng)估，這樣可在疲勞壽命將
要到達(dá)期限時(shí)，采取相應(yīng)的策略。但我國(guó)目前并沒(méi)有良好的
方式與方法對(duì)這些橋梁的疲勞壽命進(jìn)行評(píng)估，現(xiàn)有的評(píng)估方
法也不夠完善。因此為確保橋梁使用安全，開(kāi)展疲勞壽命與
安全評(píng)估有著深刻的意義。
1 疲勞壽命
1．1 概念
疲勞指的是金屬材料在不斷變換的力的作用下性能發(fā)生
改變，在施工過(guò)程中需要清楚疲勞不是突然發(fā)生的，而是一
個(gè)逐漸改變過(guò)程，因?yàn)槭艿搅Φ母蓴_，不管是結(jié)構(gòu)還是零件
在最初的使用階段，就已經(jīng)開(kāi)始發(fā)生疲勞。當(dāng)一直處于疲勞
狀態(tài)并一直因?yàn)榱Φ淖饔枚艿狡茐?，就?huì)使因疲勞產(chǎn)生的
裂紋擴(kuò)大， 當(dāng)擴(kuò)大到一定程度就會(huì)發(fā)生斷裂。從開(kāi)始進(jìn)入疲
勞到最后結(jié)束斷裂，被稱為“壽命”。
1．2 影響疲勞壽命的因素
車輛增多、噸位增重和惡劣環(huán)境的影響都會(huì)引發(fā)橋梁的
一些病害，進(jìn)而影響橋梁的疲勞壽命。但總的來(lái)說(shuō)，混凝土
橋梁因?yàn)槠诙l(fā)生的破壞由很多因素共同作用而成，并且
在多數(shù)情況下無(wú)法分辨哪個(gè)是關(guān)鍵因素。后來(lái)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的
實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，最能夠影響混凝土橋梁疲勞壽命的因素是鋼
筋混凝土在梁方面的配筋率。同時(shí)也有部分的專家認(rèn)為疲勞
荷載的應(yīng)力程度也是鋼筋混凝土橋梁發(fā)生疲勞破壞的一個(gè)重
要因素，但有待證明。
1．3 混凝土橋梁疲勞現(xiàn)狀
我國(guó)多座纜索承重橋梁或多或少都有存在一定的裂縫或
疲勞開(kāi)裂的現(xiàn)象，因?yàn)榱芽p較小前期很難引起注意，但后期
收稿日期：2016-05—19
作者簡(jiǎn)介：盧萍(1984一)，男，江西貴溪人，工程師，主要從事公
路工程施工。
引發(fā)的安全事故是非常嚴(yán)重的。對(duì)此，我國(guó)從事橋梁工程技
術(shù)的相關(guān)人員同許多研究人員結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況投入了大
量研究工作， 目的在于能夠找到評(píng)定橋梁疲勞壽命的方法，
通過(guò)研究，制訂出一套我國(guó)特有的評(píng)定方法。
2 混凝土橋梁疲勞壽命與使用安全評(píng)估方法
雖然當(dāng)前在混凝土橋梁方面還缺少能夠應(yīng)用的規(guī)范來(lái)對(duì)
其疲勞壽命和應(yīng)用安全進(jìn)行評(píng)估，但在不斷的理論和實(shí)踐研
究中形成了兩種主流的計(jì)算方法。
2．1 基于 Ⅳ曲線和Miner理論的疲勞壽命評(píng)估方法
目前來(lái)說(shuō)，不僅是我國(guó)乃至全世界在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)中一
直應(yīng)用傳統(tǒng)的疲勞分析法，這種分析法的原理是以 Ⅳ曲線和
Miner線性的累積損傷作為基礎(chǔ)準(zhǔn)則。但這種方法面臨問(wèn)題時(shí)
一定要確定好疲勞細(xì)節(jié)的強(qiáng)度及模擬好疲勞應(yīng)用譜。
2．1．1 確定 Ⅳ曲線
只有研究好外荷載和疲勞壽命之間的比例關(guān)系，才能夠
更好地研究混凝土橋梁的疲勞壽命。將外加應(yīng)力定義為 ，疲
勞壽命定義為Ⅳ，他們的曲線關(guān)系則被稱為 Ⅳ曲線。因?yàn)樵?
當(dāng)前，我國(guó)對(duì)于 曲線還沒(méi)有一個(gè)明確的規(guī)范，因此，作者
將使用外國(guó)發(fā)達(dá)國(guó)家給出地規(guī)范的 Ⅳ 曲線。
2．1．2 Miner準(zhǔn)則
Miner理論是線性累積損傷理論中有代表性的一種，Miner
線性疲勞累積損傷準(zhǔn)則，將循環(huán)的損傷公式定義為：
D= 1 (1)
式中：Ⅳ 為從開(kāi)始受力到最后破壞的循環(huán)次數(shù)。通常情況
下，即刀個(gè)循環(huán)所造成的疲勞損傷公式為：
= (2)
如果在n 個(gè)循環(huán)的力的影響下，造成的疲勞損失的公式為：
／9=XD 哥 (3)
式中：D為疲勞累積損傷值。
如式(1)～式(3)的損傷一直累計(jì)到達(dá)了某一個(gè)特定的
臨界值就會(huì)出現(xiàn)疲勞損壞，即當(dāng) 不小于1時(shí)，就能夠判定出
現(xiàn)了疲勞損壞。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在隨機(jī)的載荷狀態(tài)下，破壞
的臨界值都會(huì)在1的上下跳動(dòng)，這就是當(dāng)前工程界應(yīng)用最廣泛
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第43卷第9期
2016年9月
安全質(zhì)量
Safety and Quality
建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)
Building Technology Development
的Mine準(zhǔn)則的原因，從目前情況來(lái)看，因?yàn)槠趽p傷的變化 化幅值：
情
2 ． 2況 基于斷萎裂 學(xué)的疲勞剩余壽命評(píng)估辦法 不夠成熟。 ? ㈦、～
如上文所述，鋼筋是影響混凝土疲勞壽命的關(guān)鍵因素。
因此，可根據(jù)主要受力的鋼筋的斷裂程度來(lái)對(duì)鋼筋混凝土橋
梁的疲勞壽命進(jìn)行判定。為了能更好地確定鋼筋的裂縫擴(kuò)大
情況，在本文中，假定最初出現(xiàn)的裂紋是一個(gè)半圓形的裂紋，
若設(shè)初始裂紋的深度是 ，且同鋼筋的軸線垂直，難么裂紋
的擴(kuò)大可以按照Paris公式進(jìn)行計(jì)算。
2_2．1 。的確定
深度的測(cè)量方法一般有兩種：(1)直接觀測(cè)的方式；(2)
根據(jù)實(shí)際情況及經(jīng)驗(yàn)來(lái)做假設(shè)。第一種方法雖然比較精確，
但受到地理環(huán)境的影響，深埋段鋼筋總是隱藏在土中，有時(shí)
很難進(jìn)行檢測(cè)和觀測(cè)。本文將采用給第二種方法，即通過(guò)經(jīng)
驗(yàn)對(duì) 進(jìn)行合理的假設(shè)。
2．2．2 對(duì)臨界裂紋的確定
如果初始的裂紋不斷擴(kuò)大，直到到達(dá)裂紋臨界點(diǎn)，鋼筋
混凝土橋梁就會(huì)發(fā)生斷裂崩塌。通常來(lái)說(shuō)，鋼筋的疲勞破壞
模式分為兩種， 即韌性和脆性破壞。這兩者需要分不同的情
況使用不同的公式進(jìn)行計(jì)算。
若根據(jù)線彈性斷裂力學(xué)的 準(zhǔn)則進(jìn)行判斷，當(dāng) 不大于
時(shí)，發(fā)生的就是脆性斷裂。那么此時(shí)裂紋深度的臨界值為
c ㈩
2-3 裂紋的拓展計(jì)算
可以根據(jù)Paris準(zhǔn)則來(lái)計(jì)算裂紋拓展的速率以及相應(yīng)的變
(上接第116頁(yè))
攪拌機(jī)下沉或提升每米的時(shí)間、供漿與停漿時(shí)間、鉆進(jìn)深
度、停漿面標(biāo)高等及每根樁所用水泥漿總量、攪拌次數(shù)與深
度。
5 水泥攪拌樁成樁檢驗(yàn)
成樁7d后，淺部開(kāi)挖樁頭，開(kāi)挖深度為0．5～1．0 m，檢查
樁體成型情況和攪拌均勻程度，并如實(shí)做好記錄，若發(fā)現(xiàn)凝
體不良等情況應(yīng)報(bào)廢補(bǔ)樁。
6 水泥攪拌樁檢測(cè)
(1)建設(shè)單位委托樁基檢測(cè)單位檢測(cè)，簽訂合同；監(jiān)理
部審查檢測(cè)單位資質(zhì)證書(shū)、營(yíng)業(yè)執(zhí)照、人員資格證書(shū)、檢測(cè)
業(yè)績(jī)、檢測(cè)儀器檢定合格證書(shū)。
(2)審查樁基檢測(cè)單位檢測(cè)方案，并報(bào)建設(shè)單位審查。
(3)成樁28d后，樁基檢測(cè)單位用鉆孔取芯的辦法，檢測(cè)
樁身的完整性、樁土攪拌均勻程度及樁的施工長(zhǎng)度，取出的
芯樣送檢測(cè)中心測(cè)定樁身強(qiáng)度。
(4)監(jiān)理同建設(shè)單位共同確定抽檢樁號(hào)，檢測(cè)單位通過(guò)
靜載荷實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)單樁和復(fù)合地基承載力，檢驗(yàn)樁身質(zhì)量，
隨機(jī)抽檢的樁數(shù)不宜少于總樁數(shù)的1％，并不得少于3根，試
驗(yàn)所用最大靜載荷值為單樁和復(fù)合地基設(shè)計(jì)荷載的2倍。
·136·
3 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)國(guó)內(nèi)外從事鋼筋混凝土橋梁建筑的工作人員不斷努
力，終于提出了以上兩種能夠?qū)炷翗蛄旱钠趬勖M(jìn)行
安全評(píng)估的辦法?？偟膩?lái)說(shuō)第一種應(yīng)用 Ⅳ 曲線、Miner準(zhǔn)則
的方法能通過(guò)對(duì)應(yīng)關(guān)系直觀地計(jì)算出橋的疲勞壽命；第二種
基于線彈性斷裂力學(xué)的方法則根據(jù)主要受力鋼筋的斷裂情況
來(lái)進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)計(jì)算裂紋的臨界值，來(lái)判定疲勞壽命。通
過(guò)上文介紹橋梁疲勞壽命及安全評(píng)估方法，希望在今后的橋
梁安全評(píng)估中充分應(yīng)用，深入探究和理解，進(jìn)?步保障混凝
土橋梁的安全，雖然當(dāng)前的兩種方法能夠很好的對(duì)橋梁疲勞
壽命進(jìn)行判定，但筆者仍希望相關(guān)人員能夠進(jìn)一步優(yōu)化工作。
同時(shí)也建議在可采用wIN動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)對(duì)來(lái)往的車輛進(jìn)行稱
重，防止出現(xiàn)橋梁載荷過(guò)重的現(xiàn)象。
參考文獻(xiàn)
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(5)檢測(cè)合格，樁基檢測(cè)單位出具地基處理水泥攪拌樁
檢測(cè)報(bào)告，交各方留存?zhèn)錂n。
7 結(jié)束語(yǔ)
本橋梁工程水泥攪拌樁檢測(cè)報(bào)告表明，水泥土試件的立
方體抗壓強(qiáng)度大于1600kPa，單樁豎向承載力不小于80kN，復(fù)
合地基承載力大于120kPa，符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，軟土地基
經(jīng)水泥攪拌樁加固處理后，地基土強(qiáng)度提高，地基承載力明
顯提高，達(dá)到了控制沉降、穩(wěn)定地基的目的，這種方法具有
投入使用快、施工成本低、工期短的顯著優(yōu)點(diǎn)。
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