桁架桥指的是以桁架作为上部结构主要承重构件的桥梁。桁架桥一般由主桥架、上下水平纵向联结系、桥门架和中间横撑架以及桥面系组成。在桁架中，弦杆是组成桁架外围的杆件，包括上弦杆和下弦杆，连接上、下弦杆的杆件叫腹杆，按腹杆方向之不同又区分为斜杆和竖杆。弦杆与腹杆所在的平面就叫主桁平面。大跨度桥架的桥高沿跨径方向变化，形成曲弦桁架；中、小跨度采用不变的桁高，即所谓平弦桁架或直弦桁架。随着我国道路基础设施的不断完善,在用桥梁的检测与评估将逐步成为相关部门的工作重点。然而 ,国内外相关规范均未提供可靠的钢结构桥梁评估方法。以《城市桥梁养护技术规范》(CJJ 99- 2003)为例,在其附录表D-2 中规定钢构件的锈蚀程度采用经验性的打分法按锈蚀范围进行评估, 但并没有说明锈蚀范围对承载力的影响,无法满足结构承载力与剩余寿命评估的需要。其他相关文献中涉及的桥梁的承载能力验算方法及剩余使用寿命评估方法同样有待改良。鉴于此,结合上海市外白渡桥,研究一种适用于老龄钢桁架桥的检测与评估方法。
外白渡桥建于1907 年,由跨径52 m +52 m 的简支钢桁架构成,属于老龄钢桁架桥,是上海市文物保护建筑。2008 年,为配合外滩通道施工,该桥被移至陆地进行检测、评估与加固。外白渡桥原始设计活载为2 车道有轨电车,其后经历了多次改造。在此次加固前该桥允许通行3 车道汽车荷载, 但实际荷载等级不知。为保证该桥今后50 年使用安全,必须对其交通荷载进行分析。
影响老龄钢桥构件承载能力的主要病害为锈蚀,为此在检测中对所有存在目视截面损失的构件进行了细致的锈蚀程度检测。检测发现由于构造与位置不同,钢板等辅助构件锈蚀表现为全截面的均匀锈蚀,主要受力杆件锈蚀则多表现为局部蚀坑或截面锈损,因此分别以最大锈蚀深度和截面锈损面积作为锈蚀程度评价指标。根据相关学者的研究成果, 锈蚀对钢结构稳定承载力影响不大,因此在该项目中仅研究锈蚀对抗拉强度的影响。为确定锈蚀程度对构件抗拉承载力的影响,从桥上切割不同锈蚀程度的构件(试件取样于严重损坏必须更换的构件)制作标准拉伸试件测试力学性能。其中三角形代表实测数据,可见随着锈蚀程度增加,钢材的承载能力大致按线性规律降低。
分别按均匀分布、经验分布及对数正态分布生成车辆类型、车重、车头间距随机数序列。结合车道行车方向形成3 车道车队。将模拟车队以天为单位存储,共模拟60 d的数据。将模拟车队在待分析构件的弯矩影响线与轴力影响线上移动加载, 可得到对应的弯矩历程和轴力历程。按平截面假定叠加即为应力历程。第i天应力历程中的最大应力记为σi,max。假设σi,max服从正态分布, 根据60个最大应力样本,确定概率分布参数。根据《公路工程结构可靠度设计统一标准》(GBT 50283-1999),该桥结构安全度为二级,可靠度指标为4.2。依此计算结构最大应力,作为验算构件承载能力时的交通荷载作用。
