駱河大橋靜載試驗(yàn)研究

姚廣柱,岳英龍,王進(jìn)華,劉愛華

(1.山東泰華路橋工程有限公司;2.煙臺(tái)職業(yè)學(xué)院;3.山東格瑞特監(jiān)理咨詢有限公司)

1 工程概況

駱河大橋位于鶴大公路雞西至柳樹段,該橋現(xiàn)已運(yùn)營(yíng)6年,為了確定其實(shí)際工作狀況及受力狀態(tài),評(píng)定該橋是否能繼續(xù)安全為交通運(yùn)輸服務(wù),對(duì)駱河大橋進(jìn)行了靜荷載試驗(yàn)。該橋?yàn)?7孔鋼筋混凝土部分預(yù)應(yīng)力箱梁,設(shè)計(jì)荷載為汽車 -超 20級(jí),掛車 -120,墩臺(tái)采用四肋式橋臺(tái)、三柱式墩,鉆孔樁基礎(chǔ)。

2 靜載試驗(yàn)內(nèi)容和方法

橋梁靜載試驗(yàn)是通過對(duì)結(jié)構(gòu)直接加載并利用各種試驗(yàn)儀器來檢測(cè)結(jié)構(gòu)在靜力試驗(yàn)荷載作用下的應(yīng)變和撓度,從而確定結(jié)構(gòu)在外力作用下所發(fā)生的變化和梁體的整體工作狀態(tài)的試驗(yàn)方法。它是檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際性能,如結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度等最直接、最有效的方法。

2.1 試驗(yàn)項(xiàng)目

(1)撓度檢測(cè)。

(2)應(yīng)變檢測(cè)。

2.2 測(cè)試斷面及測(cè)點(diǎn)布置

本次試驗(yàn)梁選擇主橋岸邊無水橋孔(2#～3#墩之間的橋孔)為靜載試驗(yàn)孔。

2.3 試驗(yàn)工況及加載位置

根據(jù)跨中截面的受力最不利布置,我們選用試驗(yàn)用車為4臺(tái),模擬荷載公路 -I級(jí)加載。荷載布置時(shí),縱向按影響線進(jìn)行最不利荷載布置,由于本橋跨徑比較小,只測(cè)取跨中正彎矩。為驗(yàn)證跨中截面的最大正彎矩效應(yīng)、最大撓度效應(yīng),進(jìn)行兩種工況加載。

工況 1:橫向兩輛車偏心布載,縱向使跨中彎矩最大;

工況 2:橫向兩輛車中心對(duì)稱布載,縱向使跨中彎矩最大。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 橋梁荷載試驗(yàn)效率

根據(jù)新規(guī)范,對(duì)駱河大橋以公路 -I級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)算,試驗(yàn)荷載效率見表 1。

表1 加載試驗(yàn)計(jì)算值及荷載效率 kN?m

工況 1荷載試驗(yàn)效率為 0.926,滿足基本荷載試驗(yàn)要求1.0≥η＞0.8。

3.2 撓度測(cè)試與分析

結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)η是評(píng)定橋梁結(jié)構(gòu)工作狀況,確定橋梁承載能力的一個(gè)重要指標(biāo)。

式中:Se為試驗(yàn)荷載作用下實(shí)測(cè)的變位值;Ss為試驗(yàn)荷載作用下理論計(jì)算變位值。

根據(jù)跨中截面 A影響線按最不利布載,理論與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比如下。

(1)工況 1偏心荷載作用下的撓度測(cè)試。

工況 1偏心荷載作用下的撓度測(cè)試,見表 2。

工況 1各測(cè)點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)在 0.515～0.722之間,介于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁撓度校驗(yàn)系數(shù)常值 0.6～0.9之間。各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余變形小于5%,說明橋梁結(jié)構(gòu)處于良好的彈性工作狀態(tài)。

從圖 1可知,實(shí)測(cè)值遠(yuǎn)小于理論值,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果折算的相應(yīng)于扣除恒載的短期荷載組合的相對(duì)撓度最大試驗(yàn)值為 1/1 814,滿足規(guī)范要求 1/600,說明結(jié)構(gòu)豎向剛度滿足公路 -I級(jí)荷載的設(shè)計(jì)和使用。根據(jù) 1#梁測(cè)試的L/4跨、L/2跨和 3L/4的撓度測(cè)試結(jié)構(gòu),按拉格朗日插值模擬的 1#梁四次方撓度曲線,如圖 2所示。

圖 1 截面各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)撓度與理論計(jì)算值對(duì)比圖(工況 1)

圖 2 1#梁荷載作用下?lián)锨€圖(工況 1)

(2)工況 2居中荷載作用下的撓度測(cè)試。

工況 2居中荷載作用下的撓度測(cè)試,見表 3。

工況 2各測(cè)點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)在 0.367～0.760之間,介于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁撓度校驗(yàn)系數(shù)常值 0.6～0.9之間。各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余變形小于 5%,說明橋梁結(jié)構(gòu)處于良好的彈性工作狀態(tài)。

圖 3 截面各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)撓度與理論計(jì)算值對(duì)比圖(工況 2)

表3 截面各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)撓度與理論計(jì)算值對(duì)比表(工況 2)

從圖 3可知,實(shí)測(cè)值遠(yuǎn)小于理論值,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果折算的相應(yīng)于扣除恒載的短期荷載組合的相對(duì)撓度最大試驗(yàn)值為 1/2 193,滿足規(guī)范要求 1/600,說明結(jié)構(gòu)豎向剛度滿足公路 -I級(jí)荷載的設(shè)計(jì)和使用。根據(jù) 1#梁測(cè)試的L/4跨、L/2跨和 3L/4的撓度測(cè)試結(jié)構(gòu),按拉格朗日插值模擬的 1#梁八次方撓度曲線,如圖 4所示。

3.2 應(yīng)變測(cè)試與分析

根據(jù)橋跨結(jié)構(gòu)各控制截面加載工況,靜載試驗(yàn)中測(cè)得的板梁控制截面各部位應(yīng)力值均為加載后的應(yīng)力增量值,下面將理論計(jì)算的應(yīng)變?cè)隽恐蹬c實(shí)測(cè)的應(yīng)變?cè)隽恐颠M(jìn)行比較。

(1)工況 1偏心荷載作用下的混凝土應(yīng)變的測(cè)試。工況 1偏心荷載作用下的混凝土應(yīng)變的測(cè)試值,見表4。

圖 4 1號(hào)梁荷載作用下?lián)锨€圖(工況 2)

表 4 各截面應(yīng)力/應(yīng)變與理論計(jì)算值對(duì)照表(工況 1/με)

工況 1各測(cè)點(diǎn)混凝土的校驗(yàn)系數(shù)在 0.206～0.9之間,且均小于 1,測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)介于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)常值 0.5～0.9之間。各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余變形小于 5%,說明橋梁結(jié)構(gòu)處于良好的彈性工作狀態(tài)。偏心荷載作用下1號(hào)梁跨中截面實(shí)測(cè)應(yīng)變回歸曲線如圖 5所示。

圖 5 1號(hào)梁跨中截面實(shí)測(cè)應(yīng)變回歸曲線圖(工況 1)

從圖 5可以看出,測(cè)試的應(yīng)變基本在一條直線上,符合虎克定律的平面假設(shè),說明在本次試驗(yàn)菏載作用下,該橋橋梁結(jié)構(gòu)處于彈性范圍之內(nèi)。

(2)工況 2居中荷載作用下的混凝土應(yīng)變的測(cè)試。

工況 2居中荷載作用下的混凝土應(yīng)變的測(cè)試值,見表5。

工況 2各測(cè)點(diǎn)的校驗(yàn)系數(shù)在 0.269～0.940之間,大部分測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)介于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)常值0.5～0.9之間,且均小于 1。各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余變形小于5%,說明橋梁結(jié)構(gòu)處于良好的彈性工作狀態(tài)。偏心荷載作用下 1號(hào)梁跨中截面實(shí)測(cè)應(yīng)變回歸曲線,如圖6所示。

從圖 6可以看出,測(cè)試的應(yīng)變基本在一條直線上,符合虎克定律的平面假設(shè),說明在本次試驗(yàn)荷載作用下,該橋橋梁結(jié)構(gòu)處于彈性范圍之內(nèi)。

表 5 各截面應(yīng)力/應(yīng)變與理論計(jì)算值對(duì)照表(工況 2/με)

圖 6 1號(hào)梁跨中截面實(shí)測(cè)應(yīng)變回歸曲線圖(工況 2)

4 結(jié) 論

(1)工況 1、2對(duì) 1#梁的荷載試驗(yàn)效率為 0.926、0.75,基本滿足基本荷載試驗(yàn)要求 1.0對(duì) 2#梁荷載試驗(yàn)效率為0.942,滿足基本荷載試驗(yàn)要求 1.0≥η＞0.8。

(2)在試驗(yàn)工況 1、2中,各測(cè)點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)在 0.367～0.76之間,介于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁撓度校驗(yàn)系數(shù)常值 0.6～0.9之間,說明該橋的剛度能夠滿足正常的使用要求,并且具有一定的安全儲(chǔ)備。卸載后各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余變形小于 5%,說明橋梁結(jié)構(gòu)處于良好的彈性工作狀態(tài)。

(3)在試驗(yàn)工況 1、2中,各測(cè)點(diǎn)混凝土的校驗(yàn)系數(shù)在0.206～0.940之間,且均小于 1,大部分測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)介于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)常值 0.5～0.9之間,說明該橋的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能夠滿足設(shè)計(jì)要求,且有一定的安全儲(chǔ)備。卸載后各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余變形小于 5%。說明橋梁結(jié)構(gòu)處于良好的彈性工作狀態(tài)。

綜上所述,該橋的承載能力和結(jié)構(gòu)剛度均能滿足設(shè)計(jì)要求,能夠滿足正常的交通運(yùn)輸要求。

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