CN109933936A - 一种空心板梁桥铰缝横向传力能力的快速评定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空心板梁桥铰缝横向传力能力的快速评定方法，首先在空心板梁桥铰缝两侧布置测点，进而得到荷载试验中测点位置的相对竖向挠度，带入所提出的铰缝转动刚度计算公式与铰缝剪切刚度计算公式，求得该铰缝的实测转动刚度与实测剪切刚度作为铰缝横向传力能力的评定指标，依据所提出的评定指标的不同阈值范围，对铰缝横向传力能力进行快速评定。本发明的方法还可用于桥梁加固相关规范体系中，即通过本发明方法对空心板桥铰缝进行快速评定，以评定结果判断需要进行何种程度的梁体加固。

Description

一种空心板梁桥铰缝横向传力能力的快速评定方法

技术领域

本发明涉及桥梁建筑工程技术领域，尤其是一种空心板梁桥铰缝横向传力能力的快速评定方法。

背景技术

我国公路桥梁建设项目中，预制装配式空心板梁桥应用时间最早。作为一种低矮建筑桥型，其具有构造简单、受力明确、施工方便、桥下净空高等优点，是一种非常经济的桥型结构，已广泛应用于8-25m跨径桥梁。据统计，大部分高速公路空心板梁桥的应用比例均大于50％，有的甚至高达90％以上(包括主线、匝道以及上跨桥)，所以，在役空心板梁桥的健康运营对高速公路的管养工作显得特别重要。

但随着服役时间的不断增长，空心板梁桥出现的病害与问题也较为突出，这其中铰缝病害显得尤为严重。铰缝病害或损伤均是一种结构外观的表现形式，如果缺乏结构外观损伤与结构内部力学状态之间关联的相关知识储备，仅仅基于表观的检查结果，管养人员仍然难以对结构服役状态进行正确的评定并采取有针对性的措施。另外，这些病害与时间因素紧密相关，虽然已有学者利用实验室加速试验或者有限元分析技术计入时间因素对结构的影响，但仍难以模拟长期服役对结构的真实作用，不能确保分析的准确性以及数据的合理性。针对上述问题，很有必要对空心板梁桥铰缝表观形式对结构服役性能的影响进行判断，做出在役空心板梁桥铰缝横向传力能力的科学评定方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种空心板梁桥铰缝横向传力能力的快速评定方法，能够真实反映桥梁对于不同试验情况的结构力学响应，避免由于铰缝结构的影响而带来评价结果的偏差。

为解决上述技术问题，本发明提供一种空心板梁桥铰缝横向传力能力的快速评定方法，包括如下步骤：

(1)对待评定空心板梁各主梁进行调查，确定待评定梁桥上的目标铰缝；将加载车辆称重，记录每辆加载车辆的各轴轴重f_j，按照荷载实验规程记录每个车轴在空心板梁桥横向作用的板号，对空心板梁桥样本进行荷载试验，测量出该目标铰缝J_i,i+1两侧相邻空心板两端的相对竖向位移与

(2)根据待评定桥梁设计图纸、铰接板法求出横向分布曲线竖标值σ_ij，其中σ_ij为j号板在i号板横向分布曲线下的横向分布曲线竖标值；将j号板上的轴重f_j与对应横向分布曲线竖标值σ_ij相乘，累加后求出i号板所分担的荷载F_i：

(3)计算各铰缝剪力g_i,i+1，其中铰缝剪力g_i,i+1默认使所在板发生顺时针转动为正，i为板编号，i,i+1为铰缝J_i,i+1编号，铰缝编号由其两侧板编号决定：

(4)计算待评定铰缝J_i,i+1处的铰缝理论剪切变形γ_i,i+1：

其中，a_s为截面的剪切系数，对矩形截面，a_s＝3/2；g_i,i+1为铰缝J_i,i+1处铰缝剪力；c_i,i+1为铰缝J_i,i+1计算宽度；G_i,i+1为铰缝J_i,i+1剪切模量；d_i,i+1为铰缝J_i,i+1深度，b_i,i+1为铰缝J_i,i+1宽度；

(5)计算待评定铰缝J_i,i+1处的铰缝理论转角θ_i,i+1：

其中，b_i、b_i+1为板i、i+1的宽度；G_i、G_i+1为板i、i+1的剪切模量；I_Ti、I_Ti+1为板i、i+1的抗扭惯性矩；

(6)基于结构外部量测数据，针对在役空心板梁桥铰缝的横向弯矩传力能力进行定量评定，提出铰缝转动刚度评定指标η_i,i+1：

其中，为铰缝J_i,i+1所测得的实测转角,θ_i,i+1为铰缝J_i,i+1根据铰接板法计算的理论转角，θ_i′_,i+1为铰缝根据刚接板法计算的理论转角，在刚接法理论中铰缝不发生板间的相对转动，所求出的理论转角为0；

说明的计算方法：

其中，为板i左侧所测相对竖向挠度，为板i右侧所测相对竖向挠度，b_i为板i宽度；为板i+1左侧所测相对竖向挠度，为板i+1右侧所测相对竖向挠度，b_i+1为板i+1宽度；

(7)基于结构外部量测数据，针对在役空心板梁桥铰缝的横向剪切传力能力进行定量评定，提出铰缝剪切刚度评定指标μ_i,i+1：

其中，为铰缝J_i,i+1所测得的实测剪切变形；

说明的计算方法：

其中，为板i+1左侧所测挠度，为板i右侧所测挠度，b_i,i+1为铰缝J_i,i+1宽度；

(8)针对不同种类的铰缝，提出对应的铰缝转动刚度判定阈值区间；

(9)针对不同种类的铰缝，提出对应的铰缝剪切刚度判定阈值区间；

(10)综合铰缝转动刚度和剪切刚度的评定方法，从上述两项指标综合评定单个铰缝的横向传力能力，将铰缝横向传力能力分为完好、较好、较弱、丧失4个等级，其中剪切刚度的衰减程度更大程度上决定着评定铰缝的横向传力能力。

优选的，步骤(8)中，针对不同种类的铰缝，提出对应的铰缝转动刚度判定阈值区间具体为：计算铰缝深度系数d_i,i+1为铰缝J_i,i+1深度，h_i为板i高度，h_i+1为板i+1高度；若评定铰缝中加有钢筋，则该铰缝深度系数视为最大值1；

当铰缝深度系数较小时，铰缝发生转动的程度相对较大，铰缝整体的受力特性趋近于铰接，故在评定时允许深度系数小的铰缝出现一定的转动；而当铰缝深度系数较大时，铰缝发生转动的程度相对较小，铰缝整体的受力特性趋近于刚接，故在评定时不允许深度系数大的铰缝出现较大的转动：

当α_i,i+1≤0.4时，η_i,i+1的评定区间为(-∞，0.25)、[0.25，0.4]、(0.4,1]：0.4＜η_i,i+1≤1，铰缝J_i,i+1转动刚度完好；0.25≤η_i,i+1≤0.4，铰缝J_i,i+1转动刚度部分衰减；η_i,i+1＜0.25，铰缝J_i,i+1转动刚度完全丧失；

当0.4＜α_i,i+1≤0.75时，η_i,i+1的评定区间为(-∞，0.4)、[0.4，0.7]、(0.7,1]：0.7＜η_i,i+1≤1，铰缝J_i,i+1转动刚度完好；0.4≤η_i,i+1≤0.7，铰缝J_i,i+1转动刚度部分衰减；η_i,i+1＜0.4，铰缝J_i,i+1转动刚度完全丧失；

当α_i,i+1＞0.75时，η_i,i+1的评定区间为(-∞，0.7)、[0.7，0.85]、(0.85,1]：0.85＜η_i,i+1≤1，铰缝J_i,i+1转动刚度完好；0.7≤η_i,i+1≤0.85，铰缝J_i,i+1转动刚度部分衰减；η_i,i+1＜0.7，铰缝J_i,i+1转动刚度完全丧失。

优选的，步骤(9)中，针对不同种类的铰缝，提出对应的铰缝剪切刚度判定阈值区间具体为：计算铰缝深度系数d_i,i+1为铰缝J_i,i+1深度，h_i为板i高度，h_i+1为板i+1高度；若评定铰缝中加有钢筋，则该铰缝深度系数视为最大值1；

当铰缝深度系数较小时，在实际使用过程中理论上铰缝发生剪切变形的程度相对较大，铰缝整体的受力特性趋近于铰接，故在评定时允许深度系数小的铰缝出现一定的剪切变形，实测剪切变形较大时方被认定为出现剪切刚度衰减现象；而当铰缝深度系数较大时，实际使用中铰缝发生剪切变形的程度相对较小，铰缝整体的受力特性趋近于刚接，故在评定时不允许深度系数大的铰缝出现较大的剪切变形，实测出现一定的剪切变形时即被认定为出现剪切刚度衰减现象：

当α_i,i+1≤0.4时，μ_i,i+1的评定区间为(-∞，0.25)、[0.25，0.4]、(0.4,1]：0.4＜μ_i,i+1≤1，铰缝J_i,i+1剪切刚度完好；0.25≤μ_i,i+1≤0.4，铰缝J_i,i+1剪切刚度部分衰减；μ_i,i+1＜0.25，铰缝J_i,i+1剪切刚度完全丧失；

当0.4＜α_i,i+1≤0.75时，μ_i,i+1的评定区间为(-∞，0.4)、[0.4，0.7]、(0.7,1]：0.7＜μ_i,i+1≤1，铰缝J_i,i+1剪切刚度完好；0.4≤μ_i,i+1≤0.7，铰缝J_i,i+1剪切刚度部分衰减；μ_i,i+1＜0.4，铰缝J_i,i+1剪切刚度完全丧失；

当α_i,i+1＞0.75时，μ_i,i+1的评定区间为(-∞，0.7)、[0.7，0.85]、(0.85,1]：0.85＜μ_i,i+1≤1，铰缝J_i,i+1剪切刚度完好；0.7≤μ_i,i+1≤0.85，铰缝J_i,i+1剪切刚度部分衰减；μ_i,i+1＜0.7，铰缝J_i,i+1剪切刚度完全丧失。

优选的，步骤(10)中，综合铰缝剪切刚度和转动刚度的评定方法，从上述两项指标综合评定单个铰缝的横向传力能力，将铰缝横向传力能力分为完好、较好、较弱、丧失4个等级，具体评定等级详见下表：

以评定结果判断需要进行何种程度的梁体加固：若评定指标为“完好”，说明该铰缝处于满足承载能力要求的区间，不需要进行铰缝修补；若评定指标为“较好”，说明该铰缝处于满足承载能力要求的区间，但是实际承载能力与理论设计值相比有所削弱，需要进行小范围的修补；若评定指标为“较弱”，说明该铰缝的实际工作效应下降较大，应该根据实际情况进行较大规模的修补；若评定指标为“丧失”，说明该铰缝已完全丧失承载能力，应及时拆除并重建铰缝。

本发明的有益效果为：(1)还原了车辆荷载试验中桥梁结构实际的受力状态，能够真实反映桥梁对于不同试验情况的结构力学响应；(2)综合考虑了铰缝剪切刚度衰减与转动刚度衰减之间的相互作用；(3)对于不同的铰缝类型提出了不同的评价区间，避免由于铰缝结构的影响而带来评价结果的偏差。

附图说明

图1(a)为本发明的空心板梁编号示意图。

图1(b)为本发明的空心板梁尺寸示意图。

图2为本发明铰缝尺寸示意图。

图3为本发明的方法流程示意图。

具体实施方式

如图3所示，一种空心板梁桥铰缝横向传力能力的快速评定方法，包括如下步骤：

第一步，对待评定空心板梁各主梁进行调查，确定待评定梁桥上的目标铰缝；将加载车辆称重，记录每辆加载车辆的各轴轴重f_j，按照荷载实验规程记录每个车轴在空心板梁桥横向作用的板号，对空心板梁桥样本进行荷载试验，测量出该目标铰缝J_i,i+1两侧相邻空心板两端的相对竖向位移与

第二步，根据待评定桥梁设计图纸、铰接板法求出横向分布曲线竖标值σ_ij(j号板在i号板横向分布曲线下的横向分布曲线竖标值)，将j号板上的轴重f_j与对应横向分布曲线竖标值σ_ij相乘，累加后求出i号板所分担的荷载F_i：

第三步，计算各铰缝剪力g_i,i+1，其中铰缝剪力g_i,i+1默认使所在板发生顺时针转动为正，参考图1(a)和图1(b)，i为板编号，i,i+1为铰缝J_i,i+1编号，铰缝编号由其两侧板编号决定：

第四步，参考图2，计算待评定铰缝J_i,i+1处的铰缝理论剪切变形γ_i,i+1：

其中，a_s为截面的剪切系数，对矩形截面，a_s＝3/2；g_i,i+1为铰缝J_i,i+1处铰缝剪力；c_i,i+1为铰缝J_i,i+1计算宽度；G_i,i+1为铰缝J_i,i+1剪切模量；d_i,i+1为铰缝J_i,i+1深度，b_i,i+1为铰缝J_i,i+1宽度。

第五步，计算待评定铰缝J_i,i+1处的铰缝理论转角θ_i,i+1：

其中，b_i、b_i+1为板i、i+1的宽度；G_i、G_i+1为板i、i+1的剪切模量；I_Ti、I_Ti+1为板i、i+1的抗扭惯性矩。

第六步，基于结构外部量测数据，针对在役空心板梁桥铰缝的横向弯矩传力能力进行定量评定，提出铰缝转动刚度评定指标η_i,i+1：

其中，为铰缝J_i,i+1所测得的实测转角,θ_i,i+1为铰缝J_i,i+1根据铰接板法计算的理论转角，θ′_i,i+1为铰缝根据刚接板法计算的理论转角，在刚接法理论中铰缝不发生板间的相对转动，所求出的理论转角为0。

参考图1(a)和图1(b)，说明的计算方法：

其中，为板i左侧所测相对竖向挠度，为板i右侧所测相对竖向挠度，b_i为板i宽度；为板i+1左侧所测相对竖向挠度，为板i+1右侧所测相对竖向挠度，b_i+1为板i+1宽度。

第七步，基于结构外部量测数据，针对在役空心板梁桥铰缝的横向剪切传力能力进行定量评定，提出铰缝剪切刚度评定指标μ_i,i+1：

其中，为铰缝J_i,i+1所测得的实测剪切变形。

参考图1(a)、图1(b)和图2，说明的计算方法：

其中，为板i+1左侧所测相对竖向挠度，为板i右侧所测相对竖向挠度，b_i,i+1为铰缝J_i,i+1宽度。

第八步，针对不同种类的铰缝，提出对应的铰缝转动刚度判定阈值区间：

计算铰缝深度系数参考图2，d_i,i+1为铰缝J_i,i+1深度，h_i为板i高度，h_i+1为板i+1高度；若评定铰缝中加有钢筋，则该铰缝深度系数视为最大值1。

当铰缝深度系数较小时，铰缝发生转动的程度相对较大，铰缝整体的受力特性趋近于铰接，故在评定时允许深度系数小的铰缝出现一定的转动；而当铰缝深度系数较大时，铰缝发生转动的程度相对较小，铰缝整体的受力特性趋近于刚接，故在评定时不允许深度系数大的铰缝出现较大的转动：

当α_i,i+1≤0.4时，η_i,i+1的评定区间为(-∞，0.25)、[0.25，0.4]、(0.4,1]：0.4＜η_i,i+1≤1，铰缝J_i,i+1转动刚度完好；0.25≤η_i,i+1≤0.4，铰缝J_i,i+1转动刚度部分衰减；η_i,i+1＜0.25，铰缝J_i,i+1转动刚度完全丧失。

当0.4＜α_i,i+1≤0.75时，η_i,i+1的评定区间为(-∞，0.4)、[0.4，0.7]、(0.7,1]：0.7＜η_i,i+1≤1，铰缝J_i,i+1转动刚度完好；0.4≤η_i,i+1≤0.7，铰缝J_i,i+1转动刚度部分衰减；η_i,i+1＜0.4，铰缝J_i,i+1转动刚度完全丧失。

当α_i,i+1＞0.75时，η_i,i+1的评定区间为(-∞，0.7)、[0.7，0.85]、(0.85,1]：0.85＜η_i,i+1≤1，铰缝J_i,i+1转动刚度完好；0.7≤η_i,i+1≤0.85，铰缝J_i,i+1转动刚度部分衰减；η_i,i+1＜0.7，铰缝J_i,i+1转动刚度完全丧失。

第九步，针对不同种类的铰缝，提出对应的铰缝剪切刚度判定阈值区间：

计算铰缝深度系数参考图2，d_i,i+1为铰缝J_i,i+1深度，h_i为板i高度，h_i+1为板i+1高度；若评定铰缝中加有钢筋，则该铰缝深度系数视为最大值1。

当铰缝深度系数较小时，在实际使用过程中理论上铰缝发生剪切变形的程度相对较大，铰缝整体的受力特性趋近于铰接，故在评定时允许深度系数小的铰缝出现一定的剪切变形，实测剪切变形较大时方被认定为出现剪切刚度衰减现象；而当铰缝深度系数较大时，实际使用中铰缝发生剪切变形的程度相对较小，铰缝整体的受力特性趋近于刚接，故在评定时不允许深度系数大的铰缝出现较大的剪切变形，实测出现一定的剪切变形时即被认定为出现剪切刚度衰减现象：

当α_i,i+1≤0.4时，μ_i,i+1的评定区间为(-∞，0.25)、[0.25，0.4]、(0.4,1]：0.4＜μ_i,i+1≤1，铰缝J_i,i+1剪切刚度完好；0.25≤μ_i,i+1≤0.4，铰缝J_i,i+1剪切刚度部分衰减；μ_i,i+1＜0.25，铰缝J_i,i+1剪切刚度完全丧失。

当0.4＜μ_i,i+1≤0.75时，μ_i,i+1的评定区间为(-∞，0.4)、[0.4，0.7]、(0.7,1]：0.7＜μ_i,i+1≤1，铰缝J_i,i+1剪切刚度完好；0.4≤η_i,i+1≤0.7，铰缝J_i,i+1剪切刚度部分衰减；μ_i,i+1＜0.4，铰缝J_i,i+1剪切刚度完全丧失。

当α_i,i+1＞0.75时，μ_i,i+1的评定区间为(-∞，0.7)、[0.7，0.85]、(0.85,1]：0.85＜μ_i,i+1≤1，铰缝J_i,i+1剪切刚度完好；0.7≤μ_i,i+1≤0.85，铰缝J_i,i+1剪切刚度部分衰减；μ_i,i+1＜0.7，铰缝J_i,i+1剪切刚度完全丧失。

第十步，综合铰缝剪切刚度和转动刚度的评定方法，从上述两项指标综合评定单个铰缝的横向传力能力，将铰缝横向传力能力分为完好、较好、较弱、丧失4个等级，其中剪切刚度的衰减程度更大程度上决定着评定铰缝的横向传力能力，具体评定等级详见下表：

通过利用本发明的方法对空心板桥铰缝进行快速评定，以评定结果判断需要进行何种程度的梁体加固：若评定指标为“完好”，说明该铰缝处于满足承载能力要求的区间，不需要进行铰缝修补；若评定指标为“较好”，说明该铰缝处于满足承载能力要求的区间，但是实际承载能力与理论设计值相比有所削弱，需要进行小范围的修补；若评定指标为“较弱”，说明该铰缝的实际工作效应下降较大，应该根据实际情况进行较大规模的修补；若评定指标为“丧失”，说明该铰缝已完全丧失承载能力，应及时拆除并重建铰缝。

空心板梁桥中铰缝最常见的特征就是两侧空心板的竖向位移与转角。基于以下两点，竖向位移与转角与铰缝的横向能力之间具有对应关系：(1)空心板梁铰缝结构的表征实质上就是铰缝两侧空心板的竖向位移与转角产生和扩展的过程；(2)按照设计规范进行结构设计时，主要是从竖向位移、转角这两方面进行验算的。

并且在桥梁外观检查中，竖向位移与转角总是作为重点关注对象，然而少有学者运用现有的研究方法对铰缝的表观特征与实际的横向传力之间的关系做过研究。相关规范及评定标准例如《JTG/T J2-2011公路桥梁承载能力检测评定规程》只是给出了竖向位移的限值，而并未针对竖向位移、转角等详细信息加以明确说明。

本发明基于铰缝两侧空心板梁相对挠度值与转角对铰缝横向传力能力评定的可靠性和重要性，提出一种空心板梁桥铰缝横向传力能力的快速评定方法。

以下结合实施例对本发明作进一步描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构和方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

实施例中选定的桥梁为单跨简支空心板梁桥，计算跨径16m，交角为75°。上部构造为8块钢筋混凝土空心板，板厚为0.85m，板宽为1.5m，桥宽总计12m；下部构造为U形桥台，扩大基础，柱式墩，扩大基础。车辆荷载依据《JTG/T J2-2011公路桥梁承载能力检测评定规程》布置试验用汽车，选用的4辆300kN的参数如表1所示(单车总重为300kN，前轴重50kN，中轴重125kN，后轴重125kN，前中轴距5.6m，中后轴距1.3m)。

表1 试验车辆技术参数

本次静载试验所用加载车辆在桥上实际布设采用如下述加载工况：中载布置，4辆加载车排成2行2列，其中纵桥向横桥向车辆均布置于桥梁跨中部位，纵向车间轴距为1.5m，横向车间轴距为1.3m。

位移传感器分别布置在每块板跨中截面左右两端，一共布置了16个传感器，分别测试在指定工况下测点处板的相对竖向位移。

将加载车各轴重作用在桥上，根据待评定桥梁设计图纸、铰接板法计算板i所分担的荷载F_i，而后代入公式(2)中计算各铰缝剪力g_i,i+1。计算铰缝抗剪系数G_i,i+1，与剪切系数a_s、铰缝剪力、铰缝计算宽度c_i,i+1、铰缝深度d_i,i+1、铰缝宽度b_i,i+1一并带入公式(3)中计算待评定铰缝的理论剪切变形γ_i,i+1；将铰缝剪力g_i,i+1与板宽b_i、板剪切模量G_i、板抗扭惯性矩I_Ti+1一起带入公式(4)中计算待评定铰缝的理论转角θ_i,i+1。

本次试验主要针对外观存在病害的铰缝J_3,4、J_5,6、J_6,7，因此，后面的横向传力能力评定也主要针对这3条铰缝进行。将待评定铰缝对应板端测得挠度、板宽以及理论转角带入公式(5)、(6)中计算铰缝的转动刚度评定指标η；将待评定铰缝对应板端测得挠度、板宽以及理论剪切变形带入公式(7)、(8)中计算铰缝的剪切刚度评定指标μ。待评定铰缝J_3,4、J_5,6、J_6,7的计算结果见表2。

表2 待评定铰缝两种评定指标的计算结果

铰缝编号	转动刚度评定指标η	剪切刚度评定指标μ
			J<sub>3,4</sub>	0.233	0.341
J<sub>5,6</sub>	0.412	0.745
			J<sub>6,7</sub>	0.347	0.549

结合铰缝深度系数α_i,i+1，综合使用铰缝转动刚度评定指标η与剪切刚度评定指标μ评定铰缝的横向传力能力。本例中3个铰缝的深度系数均位于区间(0.4,0.75]内，基于铰缝深度系数所划定的阈值区间评定的转动能力、剪切能力、横向传力能力结果见表3。

其中，损伤最严重的铰缝J_3,4，其转动刚度评定指标0.233位于区间(-∞，0.4)内，评定等级为“完全丧失”；剪切刚度评定指标0.341位于区间(-∞，0.4)内，评定等级为“完全丧失”，综合评定横向传力能力等级为“丧失”，说明该铰缝已完全丧失承载能力，应及时拆除并重建铰缝。

铰缝J_5,6，其转动刚度评定指标0.412位于区间[0.4，0.7]内，评定等级为“部分衰减”；剪切刚度评定指标0.745位于区间(0.7,1]内，评定等级为“完好”，综合评定横向传力能力等级为“较好”，说明该铰缝处于满足承载能力要求的区间，但是实际承载能力与理论设计值相比有所削弱，需要进行小范围的修补。

铰缝J_6,7，其转动刚度评定指标0.347位于区间(-∞，0.4)内，评定等级为“完全丧失”；剪切刚度评定指标0.549位于区间[0.4，0.7]内，评定等级为“部分衰减”，综合评定横向传力能力等级为“较弱”，说明该铰缝的实际工作效应下降较大，应该根据实际情况进行较大规模的修补。

表3 待评定铰缝评定等级

铰缝编号	转动刚度评定等级	剪切刚度评定等级	横向传力能力等级
				J<sub>3,4</sub>	完全丧失	完全丧失	丧失
J<sub>5,6</sub>	部分衰减	完好	较好
				J<sub>6,7</sub>	完全丧失	部分衰减	较弱

Claims (4)

1.一种空心板梁桥铰缝横向传力能力的快速评定方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)对待评定空心板梁各主梁进行调查，确定待评定梁桥上的目标铰缝；将加载车辆称重，记录每辆加载车辆的各轴轴重f_j，按照荷载实验规程记录每个车轴在空心板梁桥横向作用的板号，对空心板梁桥样本进行荷载试验，测量出该目标铰缝J_i,i+1两侧相邻空心板两端的相对竖向位移与

(2)根据待评定桥梁设计图纸、铰接板法求出横向分布曲线竖标值σ_ij，其中σ_ij为j号板在i号板横向分布曲线下的横向分布曲线竖标值；将j号板上的轴重f_j与对应横向分布曲线竖标值σ_ij相乘，累加后求出i号板所分担的荷载F_i：

(3)计算各铰缝剪力g_i,i+1，其中铰缝剪力g_i,i+1默认使所在板发生顺时针转动为正，i为板编号，i,i+1为铰缝J_i,i+1编号，铰缝编号由其两侧板编号决定：

(4)计算待评定铰缝J_i,i+1处的铰缝理论剪切变形γ_i,i+1：

其中，a_s为截面的剪切系数，对矩形截面，a_s＝3/2；g_i,i+1为铰缝J_i,i+1处铰缝剪力；c_i,i+1为铰缝J_i,i+1计算宽度；G_i,i+1为铰缝J_i,i+1剪切模量；d_i,i+1为铰缝J_i,i+1深度，b_i,i+1为铰缝J_i,i+1宽度；

(5)计算待评定铰缝J_i,i+1处的铰缝理论转角θ_i,i+1：

其中，b_i、b_i+1为板i、i+1的宽度；G_i、G_i+1为板i、i+1的剪切模量；I_Ti、I_Ti+1为板i、i+1的抗扭惯性矩；

(6)基于结构外部量测数据，针对在役空心板梁桥铰缝的横向弯矩传力能力进行定量评定，提出铰缝转动刚度评定指标η_i,i+1：

其中，为铰缝J_i,i+1所测得的实测转角,θ_i,i+1为铰缝J_i,i+1根据铰接板法计算的理论转角，θ′_i,i+1为铰缝根据刚接板法计算的理论转角，在刚接法理论中铰缝不发生板间的相对转动，所求出的理论转角为0；

说明的计算方法：

其中，为板i左侧所测相对竖向挠度，为板i右侧所测相对竖向挠度，b_i为板i宽度；为板i+1左侧所测相对竖向挠度，为板i+1右侧所测相对竖向挠度，b_i+1为板i+1宽度；

(7)基于结构外部量测数据，针对在役空心板梁桥铰缝的横向剪切传力能力进行定量评定，提出铰缝剪切刚度评定指标μ_i,i+1：

其中，为铰缝J_i,i+1所测得的实测剪切变形；

说明的计算方法：

其中，为板i+1左侧所测相对竖向挠度，为板i右侧所测相对竖向挠度，b_i,i+1为铰缝J_i,i+1宽度；

(8)针对不同种类的铰缝，提出对应的铰缝转动刚度判定阈值区间；

(9)针对不同种类的铰缝，提出对应的铰缝剪切刚度判定阈值区间；

(10)综合铰缝转动刚度和横向剪切刚度的评定方法，从上述两项指标综合评定单个铰缝的横向传力能力，将铰缝横向传力能力分为完好、较好、较弱、丧失4个等级，其中剪切刚度的衰减程度更大程度上决定着评定铰缝的横向传力能力。

2.如权利要求1所述的空心板梁桥铰缝横向传力能力的快速评定方法，其特征在于，步骤(8)中，针对不同种类的铰缝，提出对应的铰缝转动刚度评定阈值区间具体为：计算铰缝深度系数d_i,i+1为铰缝J_i,i+1深度，h_i为板i高度，h_i+1为板i+1高度；若评定铰缝中加有钢筋，则该铰缝深度系数视为最大值1；

当铰缝深度系数较小时，铰缝发生转动的程度相对较大，铰缝整体的受力特性趋近于铰接，故在评定时允许深度系数小的铰缝出现一定的转动；而当铰缝深度系数较大时，铰缝发生转动的程度相对较小，铰缝整体的受力特性趋近于刚接，故在评定时不允许深度系数大的铰缝出现较大的转动：

当α_i,i+1≤0.4时，η_i,i+1的评定区间为(-∞，0.25)、[0.25，0.4]、(0.4,1]：0.4＜η_i,i+1≤1，铰缝J_i,i+1转动刚度完好；0.25≤η_i,i+1≤0.4，铰缝J_i,i+1转动刚度部分衰减；η_i,i+1＜0.25，铰缝J_i,i+1转动刚度完全丧失；

当0.4＜α_i,i+1≤0.75时，η_i,i+1的评定区间为(-∞，0.4)、[0.4，0.7]、(0.7,1]：0.7＜η_i,i+1≤1，铰缝J_i,i+1转动刚度完好；0.4≤η_i,i+1≤0.7，铰缝J_i,i+1转动刚度部分衰减；η_i,i+1＜0.4，铰缝J_i,i+1转动刚度完全丧失；

当α_i,i+1＞0.75时，η_i,i+1的评定区间为(-∞，0.7)、[0.7，0.85]、(0.85,1]：0.85＜η_i,i+1≤1，铰缝J_i,i+1转动刚度完好；0.7≤η_i,i+1≤0.85，铰缝J_i,i+1转动刚度部分衰减；η_i,i+1＜0.7，铰缝J_i,i+1转动刚度完全丧失。

3.如权利要求1所述的空心板梁桥铰缝横向传力能力的快速评定方法，其特征在于，步骤(9)中，针对不同种类的铰缝，提出对应的铰缝剪切刚度评定阈值区间具体为：计算铰缝深度系数d_i,i+1为铰缝J_i,i+1深度，h_i为板i高度，h_i+1为板i+1高度；若评定铰缝中加有钢筋，则该铰缝深度系数视为最大值1；

当铰缝深度系数较小时，在实际使用过程中理论上铰缝发生剪切变形的程度相对较大，铰缝整体的受力特性趋近于铰接，故在评定时允许深度系数小的铰缝出现一定的剪切变形，实测剪切变形较大时方被认定为出现铰缝剪切刚度衰减现象；而当铰缝深度系数较大时，实际使用中铰缝发生剪切变形的程度相对较小，铰缝整体的受力特性趋近于刚接，故在评定时不允许深度系数大的铰缝出现较大的剪切变形，实测出现一定的剪切变形时即被认定为出现铰缝剪切刚度衰减现象：

当α_i,i+1≤0.4时，μ_i,i+1的评定区间为(-∞，0.25)、[0.25，0.4]、(0.4,1]：0.4＜μ_i,i+1≤1，铰缝J_i,i+1剪切刚度完好；0.25≤μ_i,i+1≤0.4，铰缝J_i,i+1剪切刚度部分衰减；μ_i,i+1＜0.25，铰缝J_i,i+1剪切刚度完全丧失；

当0.4＜α_i,i+1≤0.75时，μ_i,i+1的评定区间为(-∞，0.4)、[0.4，0.7]、(0.7,1]：0.7＜μ_i,i+1≤1，铰缝J_i,i+1剪切刚度完好；0.4≤μ_i,i+1≤0.7，铰缝J_i,i+1剪切刚度部分衰减；μ_i,i+1＜0.4，铰缝J_i,i+1剪切刚度完全丧失；

当α_i,i+1＞0.75时，μ_i,i+1的评定区间为(-∞，0.7)、[0.7，0.85]、(0.85,1]：0.85＜μ_i,i+1≤1，铰缝J_i,i+1剪切刚度完好；0.7≤μ_i,i+1≤0.85，铰缝J_i,i+1剪切刚度部分衰减；μ_i,i+1＜0.7，铰缝J_i,i+1剪切刚度完全丧失。

4.如权利要求1所述的空心板梁桥铰缝横向传力能力的快速评定方法，其特征在于，步骤(10)中，综合铰缝转动刚度和剪切刚度的评定方法，从上述两项指标综合评定单个铰缝的横向传力能力，将铰缝横向传力能力分为完好、较好、较弱、丧失4个等级，具体评定等级详见下表：

以评定结果判断需要进行何种程度的梁体加固：若评定指标为“完好”，说明该铰缝处于满足承载能力要求的区间，不需要进行铰缝修补；若评定指标为“较好”，说明该铰缝处于满足承载能力要求的区间，但是实际承载能力与理论设计值相比有所削弱，需要进行小范围的修补；若评定指标为“较弱”，说明该铰缝的实际工作效应下降较大，应该根据实际情况进行较大规模的修补；若评定指标为“丧失”，说明该铰缝已完全丧失承载能力，应及时拆除并重建铰缝。