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一种新的桥梁评估和维护方法
发布时间:08-08-22 08:44:20阅读次数: 编辑: 灰色银币 来源:
  摘要:介绍了一种新的评估和维护方法—— 主动控制桥梁荷载方法,以便现有桥梁能应付南不断增重的重型货车所带来的桥梁荷载。相应的计算机模型适用于多种复杂的交通情况。试验结果表明:经过控制系统,该桥梁结构达到临界荷载的机率极少。同时还介绍了几种强度不足桥梁的公共安全问题的处理方法。

     据广东省交通厅统计,广东省现有近 4 000座桥梁出现承载力不足等现象。由此推知,全国出现承载力不足的桥梁数目令人震惊。研究当前公路交通网络的现状,并提出相应对策成为迫在眉睫的任务。其实,桥梁出现承载力不足是同际性的问题,本文主要介绍英国高速公路管理局 (HIGHWAY AGENCY)的相关对策。
     一般而言,造成桥梁承载力不足的原因是多方面的:老旧桥原设计荷载标准低,远不适应目益增加的交通流量及车型变化:大多数桥梁在公路改造时未能得到同步改造,造成不少路段线路是新的.桥梁却是旧的:因施工单位技术水平低或偷工减料等造成质量差也是重要原因之一:个别地方政府极少考虑或根本不考虑老桥的维修和加固费用,使老旧桥得不到及时维修:超重车、特种车对桥梁破坏相当严重;桥梁上下游一定范围内的采砂、取石,致使全省大小河流的河床。特别是桥位所在的河床均存在不同程度的下降,使桥梁基础出现隐患。按欧洲共同体 (EU)法规,重达40 t(主干道44 t)净重的重型货柜车(HGV),允许在英国高速公路网行驶。对那些管理英国 15.5xl0^4座桥梁的机构『1.3xl0^4座在南高速公路管理局负责的主干路和高速公路上,其余的由当地政府、 Raihrack(英国最大的铁路公司)和私人机构负责1而言,这将引发一个严重的问题,即:大约1/5的桥梁强度不足。
     通过评估和加固那些未通过评估或非常接近荷载极限需要维修、加强或拆毁的桥梁,英同高速公路管理局已经执行了政府有关升级桥梁的政策。对业主来说,任何形式的结构修复或取代通常都非常昂贵:一 个典型双向双车道预应力钢筋混凝土跨线桥的维修、加同费用估计在 15~4O万英镑.这不包括贻误交通的损失费用。过去,对那些强度不足的桥梁的公共安全问题,传统的处理方法包括: (1)明示载荷限制:满足于作为一个临时措施,尤其适合于交通不太拥挤的桥梁。(2)绕路而行:对拥有火量苇型车辆的桥梁,由于绕行路程长又耽误时间而造成的损失将是巨大的。 (3)减少车道:低廉而及时。但是,对大多数承受双向六车道或双向四车道交通的桥梁来说,减至双向四车道或双向二车道同时减小桥梁载荷将导致交通流量也相应减少 ,高峰期的交通延误和阻塞可能是难以接受的。(4)体外预应力技术:在英国桥梁加固中,已被广泛应用。它能有效提高桥梁的整体刚度和承载力,限制其裂缝及变形。但防腐蚀、防火性能较差,体外预应力筋成本较高。
  1 一种新的桥梁维护系统
     比较上述传统的方法,英国有关部门提出了一种桥梁维护新系统:主动荷载控制。结合运动中测重技术 (已用于计算桥梁载荷,使管理者得以改变允许的车道以适应重型车辆的进入 )和交通信号,上述方法是行之有效的。比起其他系统来,其优点是:对一个双车道高速公路。两条车道在大部分时间是畅通的,只有在少数情形如桥梁荷载可能在一组重车组合下超过极限时,才关闭其中一条车道。对这个系统实际的表现,因其涉及交通延迟、司机反应和公众感受的不确定性,正通过现场测试和计算机模拟来加以论述。在牛津郡 CHALLOW 的一座桥上,正在安装试用这种主动荷载控制系统。据估计其必要的加固费用为25万英镑,重建费用为 8O万英镑。但是,主动荷载控制系统的费用约为 4万英镑。这座跨越铁路的单跨钢梁桥建于 1928年,有5根平行的由铆钉固定的钢板组合梁,其上弦曲折、在中跨拥有最大强度。 5根主梁和砖支架拱连成一体来支撑碎石填料和混凝土桥面板。
     据评估,桁梁在满 HA载下,其弯曲应力过大,尽管荷载横向分布不很确定。该桥有足够长的搭板来安装主动荷载系统,由于横向荷载分布的潜力,该桥适合这个方案。该桥位于乡村双车道高速公路上。由于当地存在大量的工业企业,它承受着许多重型车辆荷载。在系统安装之前,每个工作日 (按16 h计)双车道的交通流量是5 201辆车,其中9.46%是重型货车。
     在搭板位置,安装弯板式测重梁监控公路上车辆的荷载。测重板排列在南北搭板距桥 l15 m的地方。该公路在跨越铁路时,竖曲线上升纵坡很大,为了分析车速和车辆弹跳的动力效应,通过安装结构的验证应变片来测量主梁的弯曲应力,同时也推导其横向分布的数据,尽管这不一定是一个正常荷载控制系统的标准步骤。
  2 系统工作机理
     试验现场的荷载控制系统包括几组位于桥梁搭板的弯板式测重梁和车辆检测器。埋置于公路表面的电动传感器检测车辆的存在;弯板式测重梁轮流测量每车轴的荷载,第二个传感器检测车辆完全越过测重梁的时间。这样可以推断出车辆的轴载分布、净重和类别。用一种算法计算出即将施加到桥上的弯矩或其他应力分量的期望值;再叠加南桥梁远端另一车道的测重器检测到的荷载效应。如果期待的组合弯矩值超过预算的界限值,用设置在桥上的交通信号来停止其中一部正在靠近的重型车辆。每车道上桥梁远端的传感器是用来计算离开桥梁的车辆数。以便能在计算安全的时候重新设置信号灯为绿色。
  3 计算机模拟
     已开发了一套荷载控制系统的计算机模拟软件来实现多工况下的试验。在这些工况下。荷载管理系统可以在下列情形运作:正常工作日的交通。包括大比例的重型货车的短期交通脉冲以及许多导致堵塞的瞬时状态。模拟范围包括一段高速公路,涉及桥梁本身及两边搭板上的测重系统。
     用于计算机模拟的荷载谱类似于出版在 2000年BS 5400上的荷载谱。另外,考虑到日益增多的近年来才引进的 5轴和6轴车辆而添加了近期的类别数目。根据 PAT—GB的GARY CULL,该模型中的荷载谱图可能会在这些桥梁试验之后得以补充。在模拟产生的结果中,桥上大货车同时汇聚的频率大约是25次/d。其中有时可能会超过桥梁的允许荷载对于阻塞的交通情况,例如在发生事故、坏车或重要公众活动中的塞车期间,应按 HA荷载的要求紧密地排列各种车辆。该模型发现,在这些情形下,很少达到桥梁的临界总荷载值。(中国建筑安全网
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