連霍高速某在役預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)分析

陳磊河 ，張江麗

(1.河南工程學(xué)院 土木工程系，河南 鄭州 451191；2.河南金尊置業(yè)有限公司，河南 鄭州 450002)

橋梁荷載試驗(yàn)是對橋梁結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)進(jìn)行直接測試的一種檢定手段，試驗(yàn)的目的、任務(wù)和內(nèi)容通常由實(shí)際的生產(chǎn)或科研需要所決定[1-3].橋梁現(xiàn)場荷載試驗(yàn)是橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中最基本的試驗(yàn),包括靜載試驗(yàn)和動載試驗(yàn)兩種.靜載試驗(yàn)是結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中最大量、最常見的基本試驗(yàn)[4]，一般可以通過重力或其他類型的加載設(shè)備來實(shí)現(xiàn)和滿足加載要求.靜載試驗(yàn)是了解結(jié)構(gòu)特性的重要手段，具有直觀、可靠的特點(diǎn)，不僅可以直接解決結(jié)構(gòu)的靜載問題，而且在進(jìn)行結(jié)構(gòu)動力試驗(yàn)時(shí)，一般也要先進(jìn)行靜載試驗(yàn)，以測定結(jié)構(gòu)有關(guān)的特性參數(shù).下面以連霍高速河南段某預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋?yàn)槔M(jìn)行探討.

1 工程概況

1.1 試驗(yàn)橋梁概況

該橋梁工程位于連霍高速公路鄭洛段，中心樁號為K685+898，于1995年建成并投入使用.該橋上部結(jié)構(gòu)為10 m跨裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，分為南北兩幅，每幅橋?qū)?2 m，由12塊空心板組成，橋梁凈寬11 m，橋梁橫斷面如圖1所示.

圖1 橋梁橫斷面示意圖

該空心板按照J(rèn)TJ 023-85《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)計(jì)，經(jīng)前期橋梁外觀檢測，該橋梁的病害情況較為嚴(yán)重.由于客觀原因所限，原橋的詳細(xì)設(shè)計(jì)與竣工資料未獲得.在征得業(yè)主同意后，采用目前工程界公認(rèn)的比較可靠的橋梁靜載試驗(yàn)方法[5]，在南半幅橋梁上進(jìn)行相應(yīng)的靜載試驗(yàn).

1.2 橋梁靜載試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)程及試驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際特點(diǎn)進(jìn)行橋梁靜載試驗(yàn)，主要達(dá)到以下幾個(gè)目的：

(1)測定該裝配式預(yù)應(yīng)力空心板橋在試驗(yàn)荷載作用下的截面應(yīng)變及撓度；

(2)觀測該空心板橋在試驗(yàn)過程中裂縫的發(fā)展變化情況；

(3)對該空心板橋的實(shí)際承載能力進(jìn)行評定，為加固設(shè)計(jì)與施工提供試驗(yàn)依據(jù).

2 橋梁靜載試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)的準(zhǔn)備和組織

2.1.1 試驗(yàn)人員的組織

根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?、試?yàn)要求和現(xiàn)場工作條件，試驗(yàn)人員主要分為外聯(lián)保通組、橋上控載組、橋下設(shè)備組及后勤記錄組等.

2.1.2 試驗(yàn)車輛的選擇

由于該橋依據(jù)JTJ 023-85《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)荷載等級為汽-超20，掛-120.其中，汽-超20級車隊(duì)中重車為(30+2×120+2×140) kN，該重車總噸位為550 kN，主車為(60+2×120) kN，該主車噸位為300 kN.

根據(jù)該橋?qū)嶋H的病害狀況、橋跨布置及靜載試驗(yàn)?zāi)康牡燃夹g(shù)要求，確定采用2輛相同的載重約300 kN的東風(fēng)自卸載重汽車進(jìn)行橋梁靜載試驗(yàn)，如圖2所示.試驗(yàn)車輛平面軸距尺寸如圖3所示，其中1號試驗(yàn)車前軸重54 kN，后軸重246 kN；2號試驗(yàn)車前軸重66 kN，后軸重234 kN.1號試驗(yàn)車南側(cè)布置，2號試驗(yàn)車北側(cè)布置.

圖2 用于靜載試驗(yàn)的2輛加載車輛

圖3 試驗(yàn)車輛平面尺寸

2.1.3 荷載試驗(yàn)工況的確定

由于該橋詳細(xì)的原始設(shè)計(jì)與竣工資料未獲得，經(jīng)初步計(jì)算，考慮了6種荷載試驗(yàn)工況：①荷載工況1——偏載情況下，跨中截面彎矩最不利；②荷載工況2——偏載情況下，1/4跨截面彎矩最不利；③荷載工況3——偏載情況下，支點(diǎn)剪力最不利；④荷載工況4——中載情況下，跨中截面彎矩最不利；⑤荷載工況5——中載情況下，1/4跨截面彎矩最不利；⑥荷載工況6——中載情況下，支點(diǎn)剪力最不利.

2.1.4 主要儀器檢測及設(shè)備

現(xiàn)場采集設(shè)施、設(shè)備儀器主要有數(shù)字式電阻應(yīng)變儀、應(yīng)變片、百分表、放大鏡、卷尺、數(shù)碼相機(jī)及其他需用的設(shè)備與工具.

2.1.5 應(yīng)變、撓度及裂縫監(jiān)控

①應(yīng)變監(jiān)控：分別于該橋南幅每塊空心板跨中和1/4跨處粘貼電阻應(yīng)變片，并于試驗(yàn)過程中采用數(shù)字式電阻應(yīng)變儀進(jìn)行應(yīng)變監(jiān)控;②撓度監(jiān)控：搭設(shè)工作平臺，并分別于該通道橋南幅每塊空心板跨中、1/4跨及兩端支座處布設(shè)百分表，并于試驗(yàn)過程中采用機(jī)讀或人讀的方式進(jìn)行撓度監(jiān)控;③裂縫觀測：試驗(yàn)過程中，指定人員隨時(shí)觀察結(jié)構(gòu)各部位可能產(chǎn)生的新裂縫、破損及不正常響聲等，及時(shí)報(bào)告試驗(yàn)指揮人員，以便采取相應(yīng)措施.

2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

(1)各試驗(yàn)荷載工況下，各空心板測點(diǎn)的試驗(yàn)撓度值見表1～表6，各工況撓度橫向分布情況如圖4～圖9所示.

表1 荷載工況1各板撓度變形情況

圖4 工況1之跨中撓度橫向分布

圖5 工況2之1/4跨撓度橫向分布

表2 荷載工況2各板撓度變形情況

表3 荷載工況3各撓度變形情況

圖6 工況3之支點(diǎn)處撓度橫向分布

圖7 工況4之跨中撓度橫向分布

表4 荷載工況4各板撓度變形情況

表5 荷載工況5各板撓度變形情況

圖8 工況5之1/4跨撓度橫向分布

圖9 工況6之支點(diǎn)處撓度橫向分布

表6 荷載工況6各板撓度變形情況

基于表1～表6與圖4～圖9的分析可以看出，該橋橫向分布與設(shè)計(jì)狀態(tài)相比，其荷載橫向分布能力大幅度降低.其中，跨中和1/4跨橫向分布的差異，應(yīng)與沿橋梁縱向板間鉸縫的狀態(tài)有關(guān)；支點(diǎn)處撓度的變異，除與支點(diǎn)處鉸縫的工作狀態(tài)有關(guān)外，伸縮縫的影響也應(yīng)考慮在內(nèi).

將各荷載試驗(yàn)工況所對應(yīng)的最不利截面的最大撓度實(shí)測值及基于試驗(yàn)荷載的理論計(jì)算最大值列于表7并進(jìn)行比較.

表7 各工況對應(yīng)控制截面的最大撓度對比

(2)各試驗(yàn)荷載工況下，各空心板測點(diǎn)的混凝土應(yīng)變值見表8、圖10和圖11.

表8 各試驗(yàn)荷載工況下各空心板測點(diǎn)的混凝土應(yīng)變值

圖10 各空心板跨中截面混凝土應(yīng)變值

圖11 各空心板1/4截面混凝土應(yīng)變值

將各荷載試驗(yàn)工況所對應(yīng)的最不利截面的最大應(yīng)變/應(yīng)力實(shí)測值及基于試驗(yàn)荷載的理論計(jì)算最大值列于表9，并進(jìn)行比較.

表9 各工況對應(yīng)控制截面的最大應(yīng)變/應(yīng)力對比

3 結(jié)論

(1)靜載試驗(yàn)結(jié)果表明，靜載試驗(yàn)橋梁各板間連接處于不良工作狀態(tài)，橫向分布不均勻，應(yīng)采取必要的措施進(jìn)行處理，以提高車輛荷載的橫向分布能力.

(2)靜載試驗(yàn)結(jié)果表明，在試驗(yàn)荷載作用下，橋梁結(jié)構(gòu)基本仍處于線彈性狀態(tài)，其安全性要求仍可滿足.但考慮到目前高速公路普遍存在的超載、超限問題，應(yīng)采取必要的結(jié)構(gòu)加固措施.

(3)橋梁靜載試驗(yàn)結(jié)果也從一定程度上表明，橋梁的荷載橫向分布能力大幅度降低，并導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)整體剛度的降低，即使橋梁結(jié)構(gòu)的安全性仍能得到滿足，但其使用性要求(如變形)已經(jīng)不能得到滿足.

(4)通過橋梁靜載試驗(yàn)，對橋梁安全性綜合評價(jià)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明，采用該基于橋梁結(jié)構(gòu)外觀檢查、檢測橋梁安全性的綜合評定方法，評價(jià)結(jié)果較符合橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀況，便于工程應(yīng)用.

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