關(guān)于公路橋頭搭板的試驗(yàn)與檢測(cè)

高士紅　孔祥明

摘要：橋頭搭板是一端簡(jiǎn)支在橋臺(tái)上，另一端擱置在橋頭引道路基或者路面結(jié)構(gòu)材料上的鋼筋混凝土板。在實(shí)際工程中也有在搭板下設(shè)置鋼筋混凝土枕梁的做法，依據(jù)搭板長(zhǎng)度的不同，枕梁有位于搭板遠(yuǎn)離臺(tái)端處和位于搭板中段下的不同位置；擬對(duì)高速公路通道橋兩端橋頭搭板進(jìn)行了試驗(yàn)與研究，其中靜載試驗(yàn)荷載作用下搭板底面對(duì)路基產(chǎn)生壓力大小，以便判斷是否有脫空即脫空位置，動(dòng)載試驗(yàn)內(nèi)容動(dòng)載試驗(yàn)是對(duì)通道橋頭搭板的動(dòng)力特性以及汽車荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)研究，并評(píng)價(jià)行車舒適性。本文通過對(duì)高速公路橋頭搭板靜載和動(dòng)載試驗(yàn)進(jìn)行研究，對(duì)橋頭搭板的結(jié)構(gòu)形式的合理性，以及試驗(yàn)橋頭的行車舒適性進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：橋頭搭板靜載試驗(yàn)動(dòng)載試驗(yàn)行車舒適性

0引言

橋頭搭板做為過渡性措施，以緩解橋頭突變性跳車以及將橋頭差異沉降分散在一定距離范圍內(nèi)，有較好改善效果。

1舉例橋頭搭板試驗(yàn)概況

1.1橋頭搭板的設(shè)置本試驗(yàn)中采用20號(hào)混凝土的50°斜交鋼筋混凝土板，試驗(yàn)板寬度11.05m，厚度0.3m，板長(zhǎng)為4m，在高速公路全副范圍內(nèi)分別采用有枕梁和無枕梁設(shè)計(jì)，全部為連續(xù)構(gòu)造。

試驗(yàn)搭板中縱向鋼筋為φ12螺紋鋼筋，橫向?yàn)棣?光圓鋼筋，搭板的二個(gè)鈍角處采用φ12鋼筋補(bǔ)強(qiáng)。

枕梁亦采用20#混凝土的鋼筋混凝土梁，其長(zhǎng)度11.05m，寬度為1.00m，高度為0.8m。

1.2試驗(yàn)橋搭板下填料與施工工藝為了對(duì)橋頭路堤沉降實(shí)行綜合防治措施，不僅采用搭板，而且對(duì)搭板下填料及基質(zhì)進(jìn)行換填，并設(shè)置30m的過渡段。橋頭搭板4m長(zhǎng)度范圍內(nèi)，在試驗(yàn)路段全寬分別在兩個(gè)半幅上采用不同的路基結(jié)構(gòu)層。

1.2.1試驗(yàn)搭板下填料組成北端：搭板以下，地基以上全部換填二灰土，配合比(重量比)：石灰：粉煤灰：砂土=7:23:70南端：搭板以下，地基以上全部換填天然砂礫

1.2.2基底處理臺(tái)背基坑全部換填天然級(jí)配砂礫，15cm一層，層層夯實(shí)，密實(shí)度>95％，過渡段基底挖去0.5m的表層耕植土，換填天然級(jí)配砂礫。

2橋頭搭板靜載試驗(yàn)與分析

2.1橋頭搭板靜載試驗(yàn)的測(cè)試系統(tǒng)、荷載工況及測(cè)點(diǎn)布置

2.1.1靜載試驗(yàn)儀器與系統(tǒng)靜力試驗(yàn)所用的電測(cè)式量測(cè)系統(tǒng)將結(jié)構(gòu)位移或應(yīng)變等機(jī)械量轉(zhuǎn)換成電訊號(hào)，通過放大和接受將電訊號(hào)又以機(jī)械量值給出的一種量測(cè)系統(tǒng)。搭板下土壓力值采用VW－1弦振讀數(shù)儀來測(cè)定。

2.1.2荷載工況

工況一：二臺(tái)超一20中線偏心加載，次數(shù)為3次；

工況二：三臺(tái)超一20中線中心加載，次數(shù)為3次。

試驗(yàn)荷載采用裝滿瀝青混凝土車輛太脫拉重載汽車。

2.1.3測(cè)點(diǎn)布置為了測(cè)試在荷載作用下搭板底面對(duì)路基產(chǎn)生壓力大小，以便判斷是否有脫空即脫空位置，在搭板中心線縱向埋設(shè)四個(gè)土壓力盒，在枕梁下埋設(shè)了三個(gè)土壓力盒。

2.2試驗(yàn)結(jié)果與初步分析

中心加載搭板下的土壓力盒讀數(shù)以及枕梁下土壓力和讀數(shù)值見表

測(cè)試結(jié)果表明，搭板下1#，2#土壓力盒變化值遠(yuǎn)小于3#土壓力盒，顯示橋臺(tái)臺(tái)背路堤2米范圍內(nèi)有脫空的趨勢(shì)，枕梁301#土壓力盒在靠近中央分隔帶，303#在耳墻附近，303#變化值小于301#可知耳墻及錐坡附近路堤可能產(chǎn)生了一定數(shù)量的下陷。由此可見，橋頭下陷區(qū)域不僅發(fā)生在臺(tái)背，邊坡的下陷也是造成橋頭下沉的原因之一，它使得搭板受力不勻，甚至?xí)拱暹吘壈l(fā)生裂隙。

3橋頭搭板動(dòng)載試驗(yàn)與分析

3.1橋頭搭板動(dòng)載試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，荷載工況及測(cè)點(diǎn)布置

3.1.1動(dòng)載試驗(yàn)儀器與系統(tǒng)動(dòng)載測(cè)試儀器由YJ－3-1型加速度傳感器；2635型電荷放大器CD-7-C型速度傳感器；GZ－2型六線測(cè)振儀，2034型動(dòng)態(tài)分析儀及2313型圖表記錄儀等組成。

3.1.2荷載工況振動(dòng)試驗(yàn)(跑車試驗(yàn))，以東風(fēng)140汽車(半重載75KN)沿橋中心分別以不同速度通過橋位及搭板聯(lián)接部位，使上部結(jié)構(gòu)及搭板產(chǎn)生不同程度的強(qiáng)迫振動(dòng)。

沖擊試驗(yàn)(跳車試驗(yàn))，以75KN重的太脫拉后輪越過位于跨中斷面高20cm三角墊木，使突加的瞬時(shí)沖擊力作用于橋梁結(jié)構(gòu)和搭板上，從而引起具有附加質(zhì)量的自由振動(dòng)。沖擊試驗(yàn)分別在橋孔跨中，普通搭板和試驗(yàn)搭板上進(jìn)行。

行車舒適性試驗(yàn)，采用狀態(tài)良好的標(biāo)致轎車，以不同速度勻速通過試驗(yàn)橋，產(chǎn)生不同的振動(dòng)加速度。標(biāo)致轎車以40～120km／h，每次遞增10km／h。

3.1.3測(cè)點(diǎn)布置①振動(dòng)試驗(yàn)和沖擊荷載試驗(yàn)的測(cè)點(diǎn)布置動(dòng)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)利用試驗(yàn)橋頭搭板設(shè)置三個(gè)豎向位移傳感器，以此推求結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)和動(dòng)力特性。在路面上，沿線路方向在普通搭板，試驗(yàn)搭板和橋上，分別布置CD-7-C，CD-7-S速度計(jì)，YEl4015加速度計(jì)，測(cè)取橋面垂直、縱向和水平振動(dòng)信號(hào)。②汽車舒適性試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置汽車舒適性試驗(yàn)是將加速度傳感器分別布置在汽車前橋、后橋、司機(jī)座椅和車架上。

3.2試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.2.1跳車、跑車試驗(yàn)確定結(jié)構(gòu)自振頻率，結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的分析

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，試驗(yàn)段路面振動(dòng)固有頻率為4.1312HZ，普通搭板在工作(約束)條件下，固有頻率為5.750HZ，試驗(yàn)橋固有頻率為9.00～9.25HZ，試驗(yàn)搭板在工作(約束)條件下固有頻率為11.062HZ，試驗(yàn)結(jié)果表明，普通板固有頻率為5.750，介于橋梁固有頻率與路面固有頻率之間，形成搭板的剛度階梯形變化，而試驗(yàn)板固有頻率過大，甚至大干橋梁的固有頻率，說明試驗(yàn)板剛度過大，分析造成該部分剛度過大的原因是由于搭板擱置在枕梁上，由于施工時(shí)，將搭板與橋梁澆筑在一起，使遠(yuǎn)臺(tái)方向的搭板端部形成一個(gè)很大的截面，剛度有一個(gè)突然的增大，當(dāng)車輛駛過這個(gè)搭板邊緣時(shí)，振動(dòng)頻率差值增大，長(zhǎng)期作用后，會(huì)使枕梁處產(chǎn)生二次跳車。

與此同時(shí)，搭板下的臺(tái)背填料一般選用顆粒材料，剛度大，密實(shí)度好的材料，加上搭板的厚度和結(jié)構(gòu)配筋也增加橋頭剛度。

3.2.2行車舒適性分析對(duì)于車輛駛過試驗(yàn)橋頭的舒適性分析，主要參考了國際標(biāo)準(zhǔn)ISO2631《人體承受整體振動(dòng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》。根據(jù)不同工況下的振動(dòng)加速度az的時(shí)間歷程，按照ISO2631中規(guī)定的人體承受振動(dòng)能力的評(píng)價(jià)指標(biāo)“降低舒適界限”，通過差值計(jì)算求得測(cè)點(diǎn)處乘員舒適界限的Tcd值。

試驗(yàn)結(jié)果表明，轎車以40～80km／h，以及120km／h時(shí)速通過試驗(yàn)段，在該工作狀況下可持續(xù)4～16小時(shí)不感到疲勞，時(shí)速為90，100km／h時(shí)，工作時(shí)間為1～2.5小時(shí)，故路面行車的舒適性較好。

通過現(xiàn)場(chǎng)靜、動(dòng)載試驗(yàn)，對(duì)搭板受力狀態(tài)下的變形形態(tài)，結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性和行車舒適性進(jìn)行了分析研究，得出如下結(jié)論，

搭板下的脫空現(xiàn)象普遍存在，并隨時(shí)間逐漸增加。它不僅與臺(tái)背基底固結(jié)和填料壓縮有關(guān)，同時(shí)還受到邊坡及錐坡穩(wěn)定性的影響；枕梁的作用是調(diào)整搭板內(nèi)力，做為車輛從路堤駛上搭板的緩沖。當(dāng)路堤橫向沉降不均勻時(shí)，由于枕梁增加了搭板的橫向抗彎剛度對(duì)減少搭板的橫向變形有重要的作用，但是，由于路堤整體穩(wěn)定性較好時(shí)，就不采用枕梁，以免增加搭板剛度，使路面到橋面形成剛度的梯度變化：對(duì)于橋頭跳車一般采用綜合防治措施，當(dāng)橋臺(tái)臺(tái)背填料采用顆粒材料或者半剛性材料(如二灰土)時(shí)，這時(shí)可考慮在保住搭板良好的使用性能的同時(shí)適當(dāng)減少搭板的厚度或減少配筋量。