钢结构人行天桥使用性评估(土木结构工程专业优秀论文).pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 钢结构人行天桥是一种特殊的结构形式 由于具有钢结构的优点 适应了 城市的发展需要 近二十多年来得到了大量应用 然而 随着城市建设的迅猛 发展和人口的日益扩张 钢结构人行天桥的负荷程度日益增加 且长期暴露在 外 在使用一定年限后 其使用性是否满足设计要求尚不得而知 因此 对既 有钢结构人行天桥进行使用性评估 是当前面临的十分重要的问题 本文针对 这一现状 以武汉市青山区建八路钢结构人行天桥 广埠屯人行天桥 理工一 桥 邮科院人行天桥为研究对象 对其进行使用性评估 具体内容如下 介绍钢结构人行天桥的发展和使用现状 指出对既有钢结构人行天桥进行 可靠性评估的必要性 综述了目前国内外有关钢结构人行天桥的研究成果 提 出钢结构人行天桥可靠性的评估思路 在参照现有钢结构民用和工业建筑相关评估规范的基础上 总结了钢结构 人行天桥可靠性评估方法 包括基本思想 鉴定程序 评定依据 评定内容 评定方法和评定标准等 对邮电科学院路钢结构人行天桥的动力特性进行了的现场检测 并采用 a b a q u s 有限元软件对结构的动力特性进行了分析 在此基础上对该钢结构人行 天桥进行了使用性评级 对武汉市四座人行天桥的锈蚀性进行调查和评级 关键词 钢结构人行天桥 动力特性 检测 有限元分析 使用性 评级 武汉理工大学硕士学位论文 a bs t r a c t 1 r h es t e e lp e d e s t r i a no v e r c r o s s i n gi sak i n do fs p e c i a ls t r u c t u r e p r o v i d e dw i t h e x c e l l e n c eo fs t e e lc o n s t r u c t i o n t h es t r u c t u r ei sa p p r o p r i a t et ob er e q u i r e di nc i t y d e v e l o p m e n ta n dh a sc o m e f o n hi nt h eg r o s si nt w od e c a d e s h o w e v e r t h ep e d e s t r i a n o v e r c r o s s i n g s b u r t h e nh a sb e e ng r a d u a l l yi n c r e a s i n gb e c a u s eo fr a p i dd e v e l o p m e n to f u r b a nc o n s t r u c t i o na n ds t e a d ye x p a n d i n go fp o p u l a t i o n n es t r u c t u r e sh a v eb e e n e x p o s i n go u t s i d ea n dw h e t h e ri t s c u r r e n tu s e a b i l i t ys a t i s f i e s d e s i g nd e m a n di s u n k n o w n t h e r e f o r e i ti s t h e u r g e n t t i m ef o r t h e e x i s t i n g s t e e l p e d e s t r i a n o v e r c r o s s i n g so nh o w t oa c c e s st h e i ru s e a b i l i t y i nv i e wo ft h ee x i s t i n gs i t u a t i o n i n a s s o c i a t i o nw i t ht h ee v a l u a t e dc a s e so fu s e a b i l i t yo nt h ep e d e s t r i a no v e r c r o s s i n go f t h ej i a n s h ee i g h t hr o a di nq i n g s h a nd i s t r i c to fw u h a n t h eg u a n g p u t u ns t e e ls t r u c t u r e p a s s e n g e rf o o t b r i d g e t h e n o 1s t e e l p e d e s t r i a nb r i d g eo fw u h a nu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g ya n dt h ey o u k e y u a nr o a ds t e e lp e d e s t r i a nb r i d g e n ec o n t e n ti sa sl i s t e d b e l o w n ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o na b o u ts t e e lp e d e s t r i a no v e r c r o s s i n ga r e i n t r o d u c e d t h en e c e s s i t yo fa s s e s s i n go fr e l i a b i l i t yo nt h ee x i s t i n gs t e e lp e d e s t r i a n o v e r c r o s s i n g si sp o i n t e do u t a c c o r d i n gt ot h ec u r r e n tr e s u l t si nr e l a t e dr e s e a r c h t h e a n a l y t i c a l i d e a so nr e l i a b i l i t y a c c e s s i n go f s t e e lp e d e s t r i a no v e r c r o s s i n g sa r e a d v a n c e d b a s eo na c c e s s i n gs t a n d a r do nc i v i lb u i d i n ga n di n d u s t r i a lw o r k s h o p r e l i a b i l i t y a c c e s s i n gm e t h o d so ns t e e lp e d e s t r i a no v e r c r o s s i n g sa r es u m m a r i z e da sf o l l o w s b a s i c i d e a e v a l u a t e dp r o c e d u r e a c c e s s i n gc o n t e n t a c c e s s i n gm e t h o da n da c c e s s i n g s t a n d a r d d y n a m i cp r o p e r t i e so ft h es t e e lp e d e s t r i a no ft h ey o u k e y u a nr o a dw e r e e x a m i n e di nt h es p o t a n a l y s i so ft h es t r u c t u r ei sp r o c e s s e db ya b a q u ss o f t w a r e b a s e do nt h ea b o v er e s u l t s t h eb r i d g ei sa c c e s s e db yt h eg r a d ea c c e s s i n gm e t h o do f u s e a b i l i t y m a k eg r a d ea c c e s s m e n to fu s e a b i l i t ya n dc o r r o s i o no nf o u re x i s t i n gb r i d g eo f l i h a r t k e y w o r d s s t e e lp e d e s t r i a n d y n a m i cp r o p e r t y e x a m i n a t i o n f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s u s e a b i l i t y a c c e s s i n gg r a d e n 独创性声明 本人声明 所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果 据我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果 也不包含为获得武汉理工大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意 研究生签名 监日期 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有权 保留送交论文的复印件 允许论文被查阅和借阅 学校可以公布论文的全部内 容 可以采用影印 缩印或其他复制手段保存论文 保密的论文在解密后应遵守此规定 研究生签名 也导师签名 同期 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 钢结构人行天桥 第1 章绪论 钢结构是目前土木工程中的最热门结构种类 在国内外得到了非常广泛的 应用 因为它具有材料均匀 强度高 重量轻 塑性韧性好 密封性好 耐热 性较好和便于施工等优点 但是 钢结构也有耐火性差 耐腐蚀性差 需要定 期维护 钢材价格相对较贵等缺点 会影响钢结构的使用以及推广 因此 应 该合理使用钢结构 尤其对于需要定期检测和维护的结构体系 要尽量减少钢 材的浪费现象 随着国民经济的快速发展 近年来私有车辆数量急速增长 导致城镇中心 道路间交汇处容易发生拥挤 特别在大城市里 这种现状给居民的日常生活和 工作带来比较大的麻烦 为此 必须在此类道路间交汇处建造人行天桥 以便 于人群的疏散 据以往资料分析 大多数人行天桥都是在重要道路间交汇处比较容易发生 交通拥挤的情况下才开始修建的 由于城市道路交通需要 在有些情况下甚至 不能采取封闭道路 以确保交通顺畅 因此在此类路口修建人行天桥必须快速 有序完成 而钢结构的特点基本符合这类需要 事实表明 从上世纪9 0 年代以 来 越来越多的人行天桥选用钢结构 如图1 1 1 4 所示 建筑使用者关心的核心问题是建筑物在实际的使用过程中是否真正可靠 是否能够完成预期的使命 这也是设计 施工 管理工作的重心所在 然而 进入二十一世纪前后的十多年里 城市的交通量和人群载荷不断加大 对钢结 构人行天桥的通过能力和承载能力的要求也越来越高 同时 不少钢结构人行 天桥在使用多年以后 钢构件外表局部有油漆脱落 锈蚀和产生疲劳等现象 局部部位出现缺陷 错位沉降 如焊缝开裂 连接件松懈和支座产生位移等现 象 如图1 5 1 6 所示 这都引起了人们的关心 对于j 下在使用的钢结构人行 天桥 目f i f 大多数仍处于使用寿命中前期 为此必须对它的安全性与适用性提 出要求 因此 对钢结构人行天桥要作经常性抽查和定期检查 对符合现行规 范要求的 允许其继续工作 不断建立和积累技术资料 更好地能指导它的养 护 对不符合现行规范要求的 需要对其实施加固 维修或淘汰 图1 1 青l h 区建八路人行天桥 图1 3 黄鹤楼人行天桥 武汉理工 人学硕士学位论文 要实现上述的工作 必须要对钢结构人行天桥进行可靠性评估 鉴定的目 的是全面 准确地掌握钢结构人行天桥的性能 状况和所承受的各种作用 准 确评价其可靠度水平 为钢结构人行天桥的使用 管理提供技术依据 综上所述 上述工作要解决的问题是根据现有钢结构人行天桥的使用状况 对钢结构人行天桥的安全性和适用性实行评估 为其是否需要采取必要措施提 供有关技术依据 这就是问题提出的核心内容 图l 一5 z 口髓6 图1 6 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 一般钢结构可靠 i 生评估方法 我国早在5 0 年代就开始注意建筑物的可靠性鉴定工作 但直到8 0 年代初 基本上是采用传统经验法 即凭专家或有经验的工程技术人员的经验和分析 对建筑物进行可靠性鉴定 这种鉴定方法 往往因人而异 同一个建筑物请不 同的专家鉴定 所得结果可能相差甚大 进人8 0 年代 随着科学技术的发展 建筑物的各种检测手段不断完善 结 构可靠性理论有所发展 建筑物的维修 加固 改造设计 施工技术日趋成熟 这就为编制建筑物可靠性检测鉴定的统一标准提供了技术条件 1 9 8 5 年编制的 钢铁工业建 构 筑物可靠性鉴定规程 和 工业厂房可靠性鉴定标准 为建 筑物的可靠性鉴定工作提供了统一的鉴定程序 检查要点和可靠性分级标准 近1 0 年里 国产钢及钢材的产量 品种 规格增加较快 不仅工业项目 民用项目采用钢结构方案的也越来越多 建筑钢结构扩大应用范围的趋势明显 对从事钢结构工程技术人员的需求增加 对提高钢结构理论研究 技术开发以 及设计制造 安装 检测的技术手段与工艺水平的要求也很迫切 国内建筑钢 结构行业面临发展新机遇 目前对工业厂房可靠性鉴定依据的规范标准为两个 一是原冶金工业部部标 准 钢铁工业建 构 筑物可靠性鉴定规程 b j 2 1 9 8 9 另一个是国家标准 工 业厂房可靠性鉴定标准 g b j l 4 4 9 0 二者在内容和形式上大体一致 都是采用分级多层次综合评定方法 不同的 是 前者比后者多了烟囱 贮仓 通廊的鉴定评级以及结构耐久性的评估 工业厂房可靠性评定单元被划分为结构布置和支撑系统 承重结构系统及 围护系统等三个组合项目 鉴定评级划分为子项 项目或组合项目 评定单元 三个层次 每个层次划分为四个等级 在承重结构体系组合项目的等级评定中引入故障树的逻辑原理来表示构件 可靠性与结构可靠性之间的关系 采用了传力树评级法 传力树评级法首先将 单 层 厂房单元的承重结构体系划分为若干传力树 然后分别评定各组成构件的等 级 最后根据基本构件和非基本构件的评定等级和在同类单个构件中所占比例 评定传力树等级 根据各传力树的评定等级确定承重结构体系的评级 目前对民用建筑可靠性鉴定依据的规范标准为 民用建筑可靠性鉴定标 5 武汉理工大学硕士学位论文 准 g b 5 0 2 9 2 1 9 9 9 将评定对象划分为鉴定单元 子单元和构件三个层次 鉴 定单元的可靠性评定包括安全性 适用性和耐久性三个方面 但在形式上一般 表示为安全性和适用性的评定 对耐久性的评定可隐含或并于安全性 适用性 的评定中 在 民用建筑可靠性鉴定标准 g b 5 0 2 9 2 1 9 9 9 中将安全性 适用性和可 靠性分别划分为四级 三级和四级 由于多方面的因素制约 以前国内钢结构工程应用主要限于重工业建筑 钢结构设计规范t j l 7 7 4 以及修订本g b j l 7 8 8 条文主要也是针对厂房结构 拟定的 g b j l 7 8 8 虽己明确以概率理论为基础的极限状态设计方法 但多年 来 对推行这套方法还有分歧 国内建筑钢结构在整个建筑结构中所占比重仍 然很低 对建筑钢结构的投入 包括研究经费 研究队伍 非常有限 针对我国实 际情况 立足于国内研究 设计 生产 制造 安装 维护能力的有关可靠性 方面的探讨在比较困难的条件下逐步开展 尚待研究突破的几大方面有 疲劳可 靠性 结构体系可靠性 耐久可靠性等等 由于理论研究上的进展可以促使工 程应用的进步 成熟与完善 加强结构可靠性项目的研究力量 是实实在在提 高工程应用水平的重要环节 1 3 钢结构人行天桥研究现状 近年来 随着经济发展 城市交通是否顺畅成为制约城市发展的主要因素之 一 为了保证交通顺畅和行人安全 在车辆和行人密集的城市主干道道路交叉口 大多设置人行过街天桥 供行人穿越马路 取代传统的人行斑马线通道 人行天桥 的设计与其它城市桥梁一样 必须注重安全性 耐久性和舒适性 目前的大跨人 行天桥采用钢箱梁比较普遍 因为这种结构形式有经济简洁美观特点 也能满足 结构承载力的要求 但是这种结构的固定频率往往较低 容易发生共振 共振将引 起结构振幅长期过大 影响结构安全和正常使用 也容易导致结构耐久性降低 或 者在长期使用过程中 钢结构的焊缝处在较大的疲劳荷载下容易引起损坏甚至疲 劳破坏 此外 振动有可能超过人体舒适度耐受极限 在行人的心理上造成恐慌 国 内外的研究主要从人 单人和人群 不同方式的激励 n 发考虑 建立力对天桥的作 用模型 再到分析天桥自身的特性如质量 阻尼 刚度等 最后得出天桥振动不仅 6 武汉理工大学硕士学位论文 对其耐久性有影响而且对人的舒适度亦有不同的影响 f 1 4 早在八十年代 我校老一辈专家李桂青教授在他的一本讲义 结构可靠度 理论 的基础上著作出版 结构可靠度 1 一书 此书不但吸收了当时国外不 少著名学者的关于可靠度理论成果 而且凝聚了他和他所带领的学生多年的心 血和学术成果 需指出 本文研究所涉及的可靠性理论的基本原理 与这本著 作密切相关 姚继涛 马永欣 董振平 雷恰生2 0 0 3 年6 月在科学出版社出版的 建筑 物可靠性评估和加固 基本原理和方法结构可靠度 总结了前人很多关于这方 面的理论成果 是本文主要的理论来源 2 目前国内外有关人行天桥的研究文献主要集中在人行天桥的设计 动力特 性测试及分析 结构减振等方面 文献 1 5 2 0 介绍了不同情况下人行天桥结构承载力的设计和计算方法 周明强对简单介绍了某6 0 m 跨度刚架拱人行天桥的设计方法 陈建森阐述了人 行天桥的造型与结构设计 黄呈伟队某变截面刚架人行天桥进行结构计算与稳 定性分析 余凤翔探讨了人行天桥设计上几个问题 k h a l i f am 八h o d h o d0 a a n d z a k im a 对某碳纤维加固的人行天桥用有限元进行分析 h a m c dmm 对行人通 过人行天桥时人行天桥的工作状态进行了分析 i v a n o v i cs p a v i caa n dr e y n o l d sp 对因行人激励引起的人行天桥的振动问 题进行了探讨 2 1 b r o w n j o h n ajmw d u m a n o g l u ca a n dt a y l o ra 测试和分析 了5 0 m 跨悬挂天桥的动力特性 2 2 z d r a v k o v i c h m m a n dc a r e l a se 研究了具有 梯形断面 且有顶棚的钢结构人行天桥的空气动力问题 2 3 1 国内重庆交通科研设计院的杨玮高级工程师对重庆市渝北区加洲花园附近 童心桥人行天桥进行了全桥动力特性和动力响应测试 并对全桥的动力性能作 出全面 客观的评价 2 4 武汉理工大学的王小平对青山区建设八路钢结构人行 天桥的动力特性进行了测试和分析并提出部分改善钢结构人行天桥动力特性的 设计思路及方法 2 5 香港理工大学的l a wss 等分析了某悬挂钢结构人行天桥的结构控制问题 2 6 刘海燕 陈开利直接通过在既有人行天桥栏杆上设置薄型t m d 装置进行 减振 并达到良好效果 2 7 叶正强等对北京某大跨人行天桥的消能减振设计 7 武汉理工大学硕士学位论文 在人行天桥的桥箱内跨中安装消能减振装置 对大跨度的人行天桥进行了消能减 振设计 有效的消减了天桥的共振反应结果令人满意 2 8 1 在可靠性评估方面 赵 j l 3 0 1 对一圆盘形钢箱人行天桥进行深入细致地有 限元计算分析 与现场测试结果进行比较后发现 有限元计算结果与实测值有很 好的一致性 对人行天桥的安全性能作出了评价 讨论了纵肋 横隔板以及桥 面混凝土铺装层对结构的贡献 为本文提供了很好的事实依据 黄呈伟 3 1 以昆明市滇池系杆拱人行天桥为对象 将人行天桥简化为刚架 采用有限元法对该桥的静 动力特性作分析计算 并将计算结果与实测结果对 比 得到比较好的结果 可见 国内外有关钢结构人行天桥可靠性评估方面的文章偏少 还需要做 大部分工作 1 4 本文研究内容 现有结构可靠性包括安全性和使用性两个方面 其评估方法有评级和可靠 度计算两种 本文针对典型钢结构人行天桥 对其使用性进行研究和评级 具 体内容如下 1 参照现行工业厂房 民用建筑及普通桥梁的可靠性评估标准 针对钢 结构人行天桥的特点 提出安全性 使用性评估所包含的各子项内容及其评级 标准 并探讨整体天桥结构的评级方法 2 对邮科院人行天桥的动力特性进行测试和有限元分析 并对钢构件的 锈蚀性进行检查 在此基础上 参照桥梁 厂房和民用建筑可靠性评估标准 对邮科院人行天桥的使用性进行评估 为该天桥的后期维护和修补提供了依据 3 以一系列的静力 动力及外观检测的数据为依据 对桥龄为1 1 年的青 山区建八路钢结构人行天桥 桥龄为6 年的广埠屯钢结构自行车人行天桥 桥 龄为5 年的武汉理工大学理工一桥 桥龄为1 年的邮科院路人行天桥正常使用 性 锈蚀情况进行了评级 为武汉市钢结构天桥的整体的提供了依据 本文的研究成果为今后钢结构人行天桥的保养 维修和加固提供了依据 也为推广可靠度理论在建筑结构中的应用赋予新的内容 8 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章钢结构可靠性评估方法 钢结构结构人行天桥是一种特殊的结构形式 它本身具有诸多不同于其它 类建筑结构的特点 涉及许多特殊的问题 因此 对钢结构人行天桥的可靠性 评估必须以建筑物的基本思想作为问题的出发点 在此基础上 建立合适的评 定方法 对评定项目作出讨论分析 2 1 建筑物可靠性评估基本思想 建筑物的可靠性评估的基本思想包括时间 前提条件 功能要求 评定标 准 评定依据 评定方法等 1 时间 建筑物可靠性评估的实质是对现有建筑物在未来时间内在规定的条件下能 否完成预定功能的一种预测 我国 建筑结构可靠度设计统一标准 g b 5 0 0 6 8 2 0 0 1 对建筑物的使用年限做了统一的规定 一般规定为5 0 年 但 是 对于不同种类建筑物的可靠性评估 宜采用灵活的目标使用期 比如工业 厂房的使用寿命 可根据其使用状况 市场需求和环境要求 对于可提前淘汰 的应该予以减少 而对于钢结构人行天桥的使用寿命 可根据其建筑物重要性 等级或其它特殊情况 适当予以延长或者减少 所以它往往与建筑物的使用要 求 使用规划 使用状况 使用环境等密切相关 2 前提条件 结构可靠性指结构在规定的时间内 在规定的条件下 完成预定功能的能 力 拟建建筑物可靠性分析的前提条件 就是 结构可靠性 的定义里所指的 规定的条件 规定的条件 一般指对人类活动的限定条件 在建筑物的可 靠性分析中 一般要求结构能够得到正常设计 正常施工 正常使用和正常维 护 不考虑人为过失的影响 3 功能要求 对建筑物因用途变更 改建 扩建等原因而进行的可靠性评估 必须要考 虑到功能要求上的变化 这可能会改变原先设计时的可靠指标限值 比如某些 钢结构人行天桥 虽然未达到设计基准期 但是由于整体美观落后 局部腐蚀 9 武汉理工大学硕士学位论文 厉害 维修成本过高等原因而需要减少使用期和提前淘汰的 可对可靠指标限 值予以降低 同样 如果是比较重要的 需要把使用期延长的 反过来可对其 可靠指标限值予以提高 4 评定依据 建筑物的可靠性评估是以建筑物和环境自身的信息这两者 再与检测工程 相结合作为评定依据的 在实际工程中 往往还要参考或引用原设计资料和类 似建筑物的信息和数据 在采用这些信息和数据同时要考虑到其适用地区范围 和建筑类别 对钢结构人行天桥尤其要注意它的特殊性 5 评定方法 结构可靠性评估的基本方法主要有经验法 实用鉴定法和可靠概率鉴定法 三者各有不同 目前经验法以个人作用为前提 在处理上偏于保守 目前我国 主要以实用鉴定法为主 同时也在不断推广可靠概率鉴定法 6 评定标准 从2 0 0 0 年开始 我国陆续推行不少新的标准建筑规范 这些标准规范所采 用的设计方法和可靠度水平跟原来的有所不同 所以建筑物的可靠度要按现行 标准执行 客观上要求以当前的可靠指标限值为基准确定建筑物可靠性评定标 准 虽然在结构的设计或者可靠性评估要严格按照当前的可靠指标限值评定建 筑物的的可靠性能 但是实际上应赋予标准一定的弹性 因此 如果可靠性评 估对象的可靠指标仅在较小程度低于当前规定的可靠指标限值 完全将其判为 不满足要求显得过为严格 尤其在需要采取措施加固或改建的情况下容易造成 成本过高 这在本文最后的评定工作有所反映 按照建筑物可靠性评估的基本思想 以下几节将对钢结构人行天桥的鉴定 程序 评定依据 评定内容 评定方法和评定标准作出详述 2 2 结构可靠性评估程序 按民用建筑鉴定程序标准 建筑物的可靠性评估程序如图2 1 所示 其目的和范围一般针对合同的要求而言 主要包括 1 r 常维护的技术依据 2 维修 加固的技术依据 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 3 用途变更和使用条件变化的技术依据 4 各种灾害事故处理的技术依据 5 建筑物超期服役的技术依据 l i 目的和范围i i t l l 金 匕形 l q 一 z j i 初步调查 f 详细调查h 结构检测与试验 l 可靠性评定h 结构分析与计算 i 鉴定报告 图2 1 2 3 现行钢结构人行天桥可靠性评估依据 钢结构人行天桥是一种特殊的结构形式 它有以下特点 1 设计荷载的特殊性 钢结构人行天桥的设计荷载必须包括以下四部分 a 永久荷载 结构自重 附加应力 b 基本可变荷载 人群 c 其它可变荷载 风 雪 温度 d 偶然荷载 地震 汽车撞击 2 结构体形多样 由于钢结构有易于施工 建筑空间布置方便的优点 现钢结构人行天桥的 结构体形体现出其多样性 尤其体现在它在空间布置的灵活性 3 主梁一般为箱型梁 这项为钢结构人行天桥最重要的结构特征 箱型梁腹板中 丑j 丌孔 按其受 武汉理工大学硕士学位论文 力特征考虑比较合理 按其经济性考虑比较节约 按其施工方面考虑便于施工 技术人员通过 它深刻体现了钢结构人行天桥在设计和施工时的复杂性 4 连接处焊缝为主 钢结构人行天桥的构件之间的连接通常以焊缝连接为主 螺栓连接为附 所以焊缝的质量好坏决定了钢结构人行天桥的使用寿命 同时也增加了检查 维护和加固的成本和难度 显然 钢结构人行天桥既不同于普通的桥梁 又与房屋建筑有一定的差别 是介于工业建筑和民用建筑之间的一种特殊形式的结构 考虑上述因素 钢结构人行天桥可靠性评估应兼顾房屋结构的做法 采用 下列标准作为依据 a 公路旧桥承载能力鉴定方法 试行 1 9 8 8 b 1 业厂方可靠性评估标准 g b j l 4 4 9 0 c 民用建筑可靠性评估标准 g b 5 0 2 9 2 9 9 d 钢结构检测评定及加固技术规程 y b 9 2 5 7 9 6 e 钢结构加固技术规范 c e c s 7 7 1 9 9 6 同时 下列技术资料也适用于可靠性评估 a 城市桥梁设计荷载标准 c j j 7 7 8 8 b 城市桥梁设计准则 c j j l l 9 3 c 城市人行天桥与人行地道技术规范 c j j 6 9 9 5 d 公路桥梁设计通用规范 j t j 0 2 1 8 9 e 钢结构设计规范 g b 5 0 0 1 7 2 0 0 3 f 公路桥逐钢结构及木结构设计规范 j t j 0 2 5 8 6 此外 可靠性评估的委托书 合同以及原建筑结构设计图 施工图 工程 记录等也应作为评估依据 2 4 钢结构人行天桥可靠性评估内容 桥梁检查有经常性检查 定期检查和特殊检查三种 经常性检查以直接目 测为主 配合简单工具测量 般可和小修保养工作进行 每个月至少进行一 次 定期检查以目测结合仪器检查为主 对桥梁各部分进行详细检查 一般在 桥梁竣工 年后以及之后每隔三至五年检查一次 特殊检奄是指采用仪器设备 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 等特殊手段和科学方法分析桥梁病害的确切原因和程度 确定桥梁技术状态 以采取相应的加固 改造措施 按桥梁检查的类别 钢结构人行天桥可靠性评估属于桥梁特殊检查 其工 作内容如表2 1 所示 在桥梁定期检查难以判明损坏原因 程度及整座桥梁的技术状况或桥梁属 四类桥梁时 特殊检查的项目及内容有 1 结构验算 水文验算 2 静载 动载试验 3 用精密仪器对病害进行现场调查和实验室分析 表2 1 桥梁特殊检查工作内容对照表 洪水 滑坡 地震 超重行驶 改造前 撞击 栏杆损坏桥体位梁 拱 桥面板裂被撞构件及联 上部 移和损坏落桥 排 因桥台推落梁 支座损 出而压屈坏 错位 缝 支座损坏 承系部位破坏 水实施失效载力测定支座破坏 因冲刷而产生的桥台推出 沉陷 倾斜位 下部移 污土破坏 墩台裂缝 沉陷 墩台位移 沉陷和倾斜胸墙破坏 抗震墩破坏 综上所述 参照桥梁检查的标准 根据结构的重要性和使用年限钢结构人 行天桥应属永久性桥梁 鉴于大多数钢结构人行天桥还是处于使用寿命中前期 目前要以经常性检查和定期检查结合为主 以便于建立和积累技术资料 更好 地能指导它的养护 加固与维修 同时 在此基础上 如发现特殊情况时 应 及时作特殊检查 2 5 钢结构人行天桥可靠性评估方法 结构可靠性评估的基本方法主要有经验法 实用鉴定法和可靠概率鉴定法 1 经验鉴定法 经验鉴定法主要以原设计规范或规程为依据 按个人目视观察及规范定值 计算结果来评定结构与实际差异的一种经验评定法 1 3 武汉理工大学硕士学位论文 此法特点是荷载计算以实际调查为准 材料强度取值一般按经验评定 图 纸规定的材质数据仅作参考 对原设计中采用的规范依据 理论公式 计算图 形 主要看是否与实际结构工作状态相符 否则 应按实际状况进行修改 经验法一般不使用检测设备和仪器 主要凭个人经验 受个人主观因素的 影响较大 但该法鉴定程序少 花费人力物力少 所以 受力简单 传力路线 明确 较易分析的一般性建筑物和构筑物的鉴定 2 实用鉴定法 实用鉴定法是在经验鉴定法的基础上发展起来的 它克服了经验鉴定法的 缺点 十分重视检测手段和测试技术 对于结构材料强度等有关力学参数 一 定采用实测值并经统计分析后才用于结构的分析计算 在各项结果的评定中 均以原设计规范的控制条件为标准 经讨论分析后提出综合性鉴定结论和对策 建议 实用鉴定法在逐步调查 分析损害成因的基础上 列出受鉴定建筑物的调 查项目 检测内容和结构试验方法的要求 建立完整描述建筑物状况的模式和 表格 一般要经过两次以上的调查分析 逐项检测和试验 逐项评价 综合评 定等程序 给出一个比较准确的鉴定结论 实用鉴定法的特点是荷载计算以实际调查的统计分析为准 结构材料强度 取值以实测结果为依据 对原设计计算采用的规范依据 理论公式和计算图形 等均加以分析 为判断与实际结构差异程度 还应做一定的构件试验或结构试 验加以验证 其结果的分析要集体讨论或研究 充分发挥调查检测人员的个人 专长 以求比较准确获得各种资料和数据 在做好单项评价的基础上 再集体 研究作出鉴定结论 因此 实用鉴定法十分强调检测手段和试验数据 3 可靠概率鉴定法 运用概率论和数理统计原理 采用非定值统计规律对建筑物的可靠度进行 鉴定的一种方法 称可靠概率鉴定法 人们认识到 建筑物的作用效应s 结构抗力r 以及影响建筑物的诸因素并 非固定不变 而是在一定范围内波动的随机变量 按现有规程 规范进行结构 和应力计算属定值法范围 用定值法的恒定值去评定已有建筑物的随机变量的 不定性影响 在一定程度上缺乏合理性 概率法在理论上是完善的 但是离实际应用还有距离 困难在于结构的不 定性 这种不定性来自结构材料的差异和计算模型与实际工作状态之间的差异 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 其次 根据校准试验的比较分析 各类结构构件的可靠性指标不一致 所以落 实可靠的质量控制措施是十分必要的 2 6 可靠性评估分类 2 6 1 安全性评估 桥梁结构的安全性是指在规定的期限内 在正常施工和正常使用情况下 结构能承受可能出现的各种作用 指直接施加于结构上的荷载和间接施加于结构 的引起结构外加变形或约束变形的原因 在偶然事件 如罕遇地震 撞击等 发生 时及发生后 结构发生局部损坏 但不致于出现整体破坏和连续倒塌 仍能保 持必需的整体稳定性 对于桥梁工程 文献 3 2 1 认为桥梁评估就是 评定承载能力 确定材料强度 或对结构条件的分类 在英国近年颁布的桥梁评估文件中 3 3 评估的定义是 调查并依据规定的车辆荷载等级确定结构的承载能力 由于桥梁状态评估涉 及的范围广 因素多 在对其内涵的理解上往往有所偏重 目前的重点放在桥 梁的承载能力评估方面 一种可能较为全面的定义是 评估就是 利用特定信息 分析现有桥梁的可靠性并做出工程决策的工作过程 它可分为信息资料收集和 处理 计算机分析评估模型的建立与修正 分析评估和决策建议等三个主要部 分 对桥梁结构进行评估是对桥梁进行有效的 合理的管理和维护的基础 而 桥梁检测和监测是进行桥梁评估的基础 对桥梁结构进行检测的最终目的是对 桥梁实际工作状况有一个正确的估价 没有正确适当的桥梁评估方法 检测工 作就将失去应有的实际作用和意义 对于桥梁结构的管理及维护工作也将无法 有效地实施 可以说 评估是实现对桥梁科学管理及维修养护的重要前提条件 3 4 1 桥梁结构安全性评估的主要内容是承载能力的评估 因其与人身安全和财 产损失有关 而成为桥梁结构评估的主要内容 承载能力评估与结构或构件的 极限强度 稳定性有关 其评估的目的是要找出桥梁结构的实际安全状况 以 避免桥梁在同常使用中发生灾难性的后果1 3 5 j 1 5 武汉理工大学硕士学位论文 桥梁安全性评估的目的就是采用先进的 严谨的分析方法 通过建立分析 模型来反映桥梁实际的承载能力和使用状况 由于桥梁结构的复杂性 特别在 设计 施工及使用过程中影响因素较多 因此很难对桥梁的实际工作状态做出 完全准确 合理的评价 可喜的是 近年来国内外许多桥梁专家学者致力于解 决这个问题 已经在科研实践中提出一些颇有成效的桥梁结构安全性评价方法 通常在桥梁评估工作中 中小型桥梁与大型桥梁采取的评估方法和策略是 有区别的 在大型桥梁安全性评估中经常采用的方法是在桥上建立结构状态监 测系统 对反映桥梁结构状态的参数进行监测 然后以监测数据和理论计算数 据为基础 采用综合评估的方法对大型桥梁的安全性做出科学的评估 而中小 桥梁不可能在每座桥上安装结构状态监测系统 通常采取定期或不定期的检查 或者通过动静载试验 对桥梁的重要的指标 挠度 应变 裂缝的开展状况进行 分析 最终对桥梁的工作状态和承载能力做出评估 所以 桥梁评估的方法可以分为两类 一类是面向中小桥梁 以承载能力 评估为主的结构安全性评估 另一类是面向大型桥梁 以状态评估为主的综合评 估方法 2 6 2 使用性评估 2 6 2 1 评级标准 构件使用性的评定包括变形 缺陷和损伤 振动 构造四个项目 设计的 内容比较广泛 我国 工业厂房可靠性鉴定标准 g b j l 4 4 8 9 和 民用建筑 可靠性鉴定标准 g b 5 0 2 9 0 1 9 9 9 针对不同材料 不同类型的构件制定了有 关 变形 缺陷和损伤 项目的评级标准 但它们所依据的分级原则稍有差 别 工业厂房可靠性鉴定标准 g b j l 4 4 8 9 将变形 裂缝等划分为a b c d 四级 并以是否满足现行国家规范的要求作为a b 级的界限 以是否对构件 的正常适用产生影响作为b c 级的界限 民用建筑可靠性鉴定标准 g b 5 0 2 9 0 1 9 9 9 在j 下常使用性 适用性 评定 变形 裂缝等的级别时 则将它们划分为a b c s 三级 并以是否满足现行国 家 l 范的要求作为b c s 级的界限 1 6 武汉理工大学硕士学位论文 民用建筑可靠性鉴定标准 g b 5 0 2 9 2 1 9 9 9 以现行国家规范的要求界定 b s c s 级的基本理由是 在一次现场检测中 刚好遇到作用 荷载 和抗力均处 于现行设计规范规定的两极情况的可能性很小 可视为对小概率时间 而且超 载的强度不足的问题已明确规入安全性评定 因而一般对构件使用功能的检测 是在应力水平较低的情形下进行的 如果检测结果已达到现行设计规范规定的 限值 则说明该项功能已略有下降 因此将其作为b s 氏级的界限 变形 裂缝等的检测值反映了构件当前实际的状态 是评定构件适用性的 重要依据 但是对变形裂缝等的评定最终应以构件状态的预测值为依据 必须 考虑检测时未出现但未来可能出现的各种影响因素 如测量时尚未出现的屋面 活荷载 吊车荷载等 民用建筑可靠性鉴定标准 g b 5 0 2 9 2 1 9 9 9 对变形 裂 缝等的评定是以构件当前状态的检测值为依据的 为了反映其它因素的影响 对评定标准作了调整 以现行国家规范的要求作为b s c 级的界限 为便于建立 清晰的工程概念 建议仍以2 6 节的分级原则制定变形 裂缝等评定标准 而有 关未来可能因素的影响宜在评定方法中考虑 对 振动 构造一的评定可依据2 6 2 节的分级原则和 多层厂房楼盖抗 微振设计规范 g b 5 0 1 9 0 9 3 等现行国家标准和规范进行 2 6 2 2 基于状态评估和性能分析的评定方法 构件的使用性应根据构件状态的检测值考虑测试时未出现的影响因素综合 评定 这时应考虑构件状态的可逆程度 1 如果构件的状态是不可逆的 如材料 构件 施工的大部分缺陷和构件 的损伤 腐蚀 锈蚀 风化 钢筋锈蚀等造成的混凝土开裂和剥落 塑性变形 等状态 并且构件的受荷时间足够长 应以基于状态评估的方法为主进行评定 即以检测值作为主要的评定依据 但仍应适当考虑测试时未出现因素的影响 2 如果构件的状态在一定程度上是可逆的 如弹性范围内的变形 受力主 筋处横向或斜向裂缝等状态 或构件的状态是不可逆的但受荷时不长 应以基 于性能分析的方法为主进行评定 即以预测值 计算值 作为主要的评定依据 并宜考虑构件当前状态所提供的信息 如果测试时构件已呈现出最不利或接近 最不利的状态 如构件在设备满负荷运行时的振动 在吊车满载时的变形等 也可采用基于状态的评估的方法评定 在多数情况下 构件状态与荷载之 白j 并不是简单的线性关系 而且构件状 1 7 武汉理工大学硕士学位论文 态的变化也徊往存在时间效应 如混凝土构件的裂缝宽度 变形等状态 这时 结合实测值移i 测构件未来状况的方法就要复杂的多 同时 实测值中不可避免 的存在着测试误差 包括施工偏差带来的误差 在评定过程中还应考虑测试误 差的影响 3 在结构变形的控制中 有些构件的变形是按计算值而不是按实际值来控 制的 这时就必须采用基于性能分析的方法评定 2 6 2 3 基于载荷试验的评定方法 无论构件的状态是可逆的还是不可逆 必要时都必须采用基于载荷试验的 方法进行评定 目前采用的载荷试验方法主要是以 混凝土结构工程施工质量 验收规范 g b 5 0 2 0 4 2 0 0 2 为依据的 它可用于评定混凝土构件的挠度 抗裂 和裂缝宽度 应用条件比承载力试验要宽松一些 在一般情况下 对挠度和裂 缝宽度的试验一般不会造成构件的严重损伤 但抗裂试验则可能造成不利的后 果 挠度 抗裂和裂缝宽度的评定方法可参考承载力的评定方法 根据检验结 果和构件的完好程度 荷载组合方式等确定它们的等级 2 6 3 结构使用性的综合评定 结构使用性的评定属于评定体系中第二层次 应根据下面三个项目综合评 定 1 结构整体或局部的变形 2 结构整体或局部的损伤 3 结构整体或局部的振动 评定时需考虑上部结构的总体状况对建筑物正常使用的不利影响以及建筑 物的用途 对于影响外观的变形和损伤 宜着眼于影响的范围 对于影响设备 正常运行 人员正常活动的变形和振动 还应考虑影响的后果 对于影响建筑 物装修的变形和损伤 还应考虑建筑物的用途 如果以上各种不利状况同时存 在 则宜根扔 各个项目的评定结果和建筑物的主要用途综合评定 我国 民用建筑可靠性鉴定标准 j 下常使用性 适用性 各种结构构件的 使用性 主要根据各级构件的数量比例评定 对于结构的侧向位移 则根据现 1 8 武汉理工大学硕士学位论文 行设计规范的要求评定 具体的评级标准参考了施工和设计规范允许的施工偏 差和位移值 对于结构的振动 主要根据振动所设计的构架数量以及对设备正 常工作 人员正常活动的影响评定 2 7 钢结构人行天桥可靠性评估评定标准 目前 没有钢结构人行天桥可靠性评估标准规范 缺乏专门评定标准 因 此 评定标准需参照 建筑结构可靠度统一标准 g b 5 0 0 6 8 2 0 0 1 民用可靠 性评定标准 g b 5 0 2 3 2 1 9 9 9 和 工业厂房可靠性评估标准 g b j l 4 4 9 0 2 7 1 评定对象 建筑物的可靠性一般采用系统科学的层次法评定 主要内容如下 a 我国 建筑结构可靠度统一标准 g b 5 0 0 6 8 2 0 0 1 主要针对对象为结 构构件 b 民用可靠性评定标准 g b 5 0 2 3 2 1 9 9 9 将评定对象划分为鉴定单元 子单元和构件三个层次 c 工业厂房可靠性评估标准 g b j l 4 4 9 0 将评定对象划分为单元 项 目和子项三个层次 综合三个标准 现将评定对象分为鉴定单元 功能要素和系统要素三个层 次 1 鉴定单元 鉴定单元指整个建筑物或建筑物中相对独立的部分 属于可靠性评估的最 高层次 最终的鉴定结论将针对这个层次给出 对于规模较小 形式简单的建筑物 一般将整个建筑物作为一个单元鉴定 对于规模较大 形式复杂的建筑物 则宜根据各部分的建设年代 结构形式 使用情况 环境特点等将其划分为若干个鉴定单元 一般以变形缝所划分的建 筑物单元作为鉴定单元 2 功能系统 功能系统包括鉴定单元中的承重系统 围护系统和其他系统 系统要素指 功能系统的各个组成部分 1 9 武汉理工大学硕士学位论文 a 承重系统 承重系统是鉴定单元得空间传力体系 承受和传递各种作用 并为其他功 能系统提供支撑骨架 是鉴定单元中最重要的功能系统 承重系统分为两部分 地基基础 上部结构 地基基础的组成要素一般可概括为地基 桩基 斜坡 桩 基础五项 上部结构的组成要素主要为各种承重构件或结构构件 包括围 护系统中的基础梁 墙梁 承重墙等 从广义上讲 上部结构的组成要素还应 包括圈梁 构造柱 支撑等 b 围护系统 围护系统指鉴定单元的防护系统 主要是组织和减少环境中各种不利因素 的影响 包括自然力的风化作用 工业环境的侵蚀作用 生产活动的不利影响 如碰撞 磨损 等 围护系统的功能不完善或者功能出现衰退也会对鉴定单 元的可靠性产生一定的影响 对于钢结构人行天桥 维护结构主要指栏杆 可 能也还涉及到广告牌 c