損傷空心板梁橋靜載試驗與分析

左 強

1 橋梁概況與病害

某空心板梁橋在運營一段時間后，出現(xiàn)多處不同程度損傷，板梁底面出現(xiàn)縱向裂縫、漏水、鋼筋銹蝕等現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅橋梁的正常使用。縱向裂縫的寬度在0.12 mm～4 mm，部分裂縫區(qū)域明顯漏水，其他裂縫區(qū)表面干燥但有析白、結(jié)晶的現(xiàn)象。部分板梁底部有孔洞，鋼絞線銹蝕，底部鋼絞線的上部無混凝土，鋼筋及鋼絞線并未與底板的混凝土握裹，病害見圖1。鑒于橋梁的病害嚴(yán)重，分布較廣，決定進行靜載試驗以更好的評定橋梁的狀態(tài)。

2 試驗內(nèi)容

根據(jù)現(xiàn)場檢查與檢測的情況及病害和損傷程度的代表性，選取試驗橋跨應(yīng)能反映整體橋梁的情況，對橋梁病害情況較嚴(yán)重的一跨進行靜載試驗，根據(jù)理論承載能力檢算的結(jié)果，按照汽車—20，掛車—100的設(shè)計荷載等級逐級對橋梁進行加載，檢測跨中等關(guān)鍵截面的板梁混凝土縱向應(yīng)變、跨中豎向撓度、局部跨裂縫區(qū)橫向應(yīng)變等;觀測在試驗荷載作用下原有裂縫是否擴展，結(jié)構(gòu)有無新生裂縫等情況;檢測卸載后混凝土的殘余應(yīng)變，結(jié)構(gòu)殘余撓度以及裂縫寬度的恢復(fù)情況。

2.1 測試截面及測點布置

為了滿足荷載試驗檢測及分析評定的需要，跨中截面彎矩及撓度最大并且出現(xiàn)較嚴(yán)重的損傷，所以選跨中為主要的測試截面，測試該截面各板梁的縱向應(yīng)變及撓度。為了解縱向裂縫區(qū)的橫向應(yīng)力狀態(tài)及橫向聯(lián)系，分析縱向裂縫產(chǎn)生的原因，在部分裂縫較嚴(yán)重區(qū)域，跨裂縫布置測點，測試橫向應(yīng)變。

為比較跨裂縫區(qū)的橫向應(yīng)變和無裂縫區(qū)的橫向應(yīng)變，在5號板和6號板也布置測點，見圖2。

2.2 加載車輛及工況

2.2.1 加載車輛

按照85規(guī)范汽車—20、掛車—100的荷載等級，計算出跨中控制截面在設(shè)計荷載下的最大活載彎矩，按照控制截面彎矩等效的原則，將加載車輛在控制截面內(nèi)力影響線上進行縱向布載，最終確定控制截面的縱向加載車位。靜載試驗效率在0.90～1.05之間。加載車輛在橋橫向按偏載布置和對稱布置進行工況設(shè)計，以求得所測截面的最大效應(yīng)?？紤]到加載車輛的方便，采用了統(tǒng)一的車輛標(biāo)準(zhǔn)，相同的四輛加重車(重33 t)。

2.2.2 加載工況的確定

根據(jù)現(xiàn)場汽車加載移動的便利程度，所進行的實際加載工況順序編號和其相應(yīng)的各車輛縱、橫向布置如圖3所示，采用工況一～工況五。

3 靜載試驗評定分析

3.1 試驗數(shù)據(jù)分析

3.1.1 結(jié)構(gòu)性能的評定指標(biāo)［1］

應(yīng)變校驗系數(shù):ησ=測點實測應(yīng)變/測點理論應(yīng)變。

撓度校驗系數(shù):ηf=測點實測撓度/測點理論撓度。

當(dāng)η=1時，說明理論與實際相符;當(dāng)η＜1時，說明結(jié)構(gòu)強度或剛度足夠，有安全儲備;當(dāng)η＞1時，說明結(jié)構(gòu)強度或剛度不足，不夠安全。

殘余撓度fp的絕對值與總撓度fT0的比值應(yīng)不大于0.2，即:︱fp︱/fT0≤0.2，理論計算時 40號混凝土的彈性模量 Eh=3.3 ×104MPa。此處理論計算模型并未考慮結(jié)構(gòu)的損傷。

3.1.2 數(shù)據(jù)結(jié)果整理與分析

1)跨中撓度分析。根據(jù)實測數(shù)據(jù)的整理，得到跨中各測點在各工況下的撓度值，實測和理論數(shù)據(jù)的比較可知各板梁撓度的校驗系數(shù)普遍偏小，在0.3～0.5之間，剛度較好，說明該跨橋梁仍處于彈性工作狀態(tài)，并且在北偏加載和南偏加載撓度趨于對稱(見圖4)。

2)跨中縱向應(yīng)變分析。根據(jù)實測數(shù)據(jù)的整理，得到各截面在各工況下混凝土應(yīng)變。從實測和理論值的比較中，可知應(yīng)變的校驗系數(shù)較大，在0.65～1.19之間，6號板梁的校驗系數(shù)大于1，橋梁縱向的強度不足，并且橋梁的橫向聯(lián)系較弱(見圖5)。

3)跨縱向裂縫橫向應(yīng)變分析?？绨辶旱卓v向裂縫的橫向應(yīng)變反映裂縫加載車輛作用下的發(fā)展趨勢，5號板在加載車輛作用下的裂縫寬度變化最大約為0.1 mm，原有的裂縫越寬裂縫變化越大，而5號板粘貼在底板無裂縫區(qū)橫向應(yīng)變片基本無變化，說明完好板梁的底板橫向基本不受力。6號板的裂縫寬度變化最大約為0.18 mm，趨勢同5號板。

3.2 試驗過程裂縫觀測

試驗前5號板梁西半跨存在裂縫而且漏水現(xiàn)象嚴(yán)重，裂縫最大寬度可達0.4 mm，1號板梁底跨中3 m范圍內(nèi)存在縱向裂縫，裂縫最大寬度為0.15 mm，另外13號板梁跨中附近也存在裂縫，裂縫寬度為0.2 mm。試驗過程中重點觀測這些裂縫，并檢查是否有新裂縫的產(chǎn)生。

在最大荷載試驗工況下，1號板梁裂縫最大寬度增大至0.18 mm，13號板裂縫最大寬度增大至0.27 mm，5號板裂縫漏水區(qū)更為嚴(yán)重，裂縫增量在0.1 mm左右。

卸載后，1號板梁跨中裂縫寬度恢復(fù)至0.16 mm，13號板裂縫寬度恢復(fù)至0.22 mm，基本恢復(fù)。5號板裂縫有所恢復(fù)，但恢復(fù)量較小。

4 結(jié)語

1)測試截面在正常使用極限狀態(tài)時混凝土應(yīng)變大部分小于實測值理論計算值，應(yīng)變校驗系數(shù)小于1，但是6號板應(yīng)變校驗系數(shù)均大于1，表明板梁結(jié)構(gòu)的縱向強度較低，不能滿足正常使用的要求。

2)跨縱向裂縫應(yīng)變測點的實測應(yīng)變值較大，試驗表明所測裂縫在短期荷載作用下有繼續(xù)開展的趨勢，表明板梁橫向受力。

3)由試驗數(shù)據(jù)可知在工況荷載作用下，6號板梁的應(yīng)變值較大，說明此時該板梁不能滿足正常使用的要求。由于底部裂縫已通長，根據(jù)相應(yīng)假定的理論計算，若板梁中的1根中部鋼絞線已經(jīng)完全失效，那么板梁在正常使用荷載作用下，下緣會產(chǎn)生2.3 MPa的拉應(yīng)力，另外個別鋼絞線的局部應(yīng)力也將不滿足。完好的板梁雖然滿足要求，但設(shè)計的壓應(yīng)力儲備較小，需要縱向補強或換梁。

［1］宋一凡.公路橋梁荷載試驗與結(jié)構(gòu)評定［M］.北京:人民交通出版社，2002:36.