大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁靜載試驗(yàn)研究

包振亮

（廣州誠(chéng)安路橋檢測(cè)有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

隨著我國(guó)橋梁建設(shè)事業(yè)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的新技術(shù)、新工藝不斷涌現(xiàn)，也給橋梁結(jié)構(gòu)的安全帶來(lái)不少新問(wèn)題。因此，橋梁檢測(cè)日顯重要，它可為既有橋梁結(jié)構(gòu)使用性能和殘余壽命的評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)掌握橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能、判斷橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際承載能力有著重要意義。目前，橋梁靜載試驗(yàn)是橋梁檢測(cè)中應(yīng)用最為廣泛和最有效的方法和手段。鑒于此，結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)橋梁靜載試驗(yàn)進(jìn)行探討，以期為相關(guān)工程提供參考和借鑒。

1 工程概況

某應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土作連續(xù)箱梁的工程，其主要跨徑為25m、30m、25m，部分跨徑為28m、35m、28m；30m、35m、30m。由工程建設(shè)單位、施工單位、監(jiān)理單位及設(shè)計(jì)單位對(duì)其實(shí)際安全性和可承載力進(jìn)行有效的判斷，對(duì)該橋梁工程A1.8標(biāo)段Pm7～Pm10的跨徑為30m、35m、30m的連續(xù)箱梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，其目的在于：a）研究在靜載試驗(yàn)中，連續(xù)箱梁產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力和應(yīng)變力；b）研究在靜載試驗(yàn)中，連續(xù)箱梁形成的支座變形力和豎向變形力；c）研究在靜載試驗(yàn)中，連續(xù)箱梁裂縫的產(chǎn)生原因。

2 靜載試驗(yàn)與加載工序

2.1 靜載試驗(yàn)

2.2 加載工序

跨徑呈對(duì)稱關(guān)系，其Pm7與Pm8間交通不能有效封閉，因此在試驗(yàn)時(shí)，需對(duì)Pm7～Pm10間不相通的部分進(jìn)行靜力加載，其加載要求如下：a）該橋梁邊跨跨中處于正彎矩最大值；b）Pm9墩頂處于負(fù)彎矩最大值；c）該橋梁中跨跨中處于正彎矩最大值。本次靜載試驗(yàn)，主要是依據(jù)上述要求來(lái)進(jìn)行，設(shè)置了三種不同的加載方式，具體情況如圖1～圖3所示。注意只有當(dāng)加載完全卸載之后，才能進(jìn)行重復(fù)加載試驗(yàn)，以提高測(cè)量和讀數(shù)的準(zhǔn)確性。

圖1 工況1：邊跨8輛車對(duì)稱加載布置

圖2 工況2：邊跨4輛車偏心加載布置

圖3 工況3：邊跨、中跨各4輛車對(duì)稱加載布置

2.3 計(jì)算荷載率

該連續(xù)箱梁靜載試驗(yàn)的荷載效率計(jì)算公式如下：

式中，Ss是在靜載試驗(yàn)中，橋梁荷載條件下控制橫截面的內(nèi)力值；S是沖擊系數(shù)中，橋梁荷載條件下控制橫截面最差的內(nèi)力值。

依據(jù)靜載試驗(yàn)要求，需對(duì)測(cè)試連續(xù)箱梁各斷面彎矩的影響線進(jìn)行靜載試驗(yàn)，主要以汽車—20級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)加載計(jì)算，其前軸重量為70kN，后軸重量為130kN。在靜載試驗(yàn)計(jì)算過(guò)程中，需對(duì)荷載彎矩值和彎矩最大值進(jìn)行比較分析，以獲取靜載試驗(yàn)每個(gè)加載工序的荷載率，具體情況如表1所示。從表1可知，該橋梁每個(gè)加載工序荷載率均為0.8≤η≤1.05，符合靜載試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 靜載試驗(yàn)加載工序荷載率

2.4 試驗(yàn)設(shè)備

該橋梁工程在靜載試驗(yàn)過(guò)程中，用于橋梁應(yīng)變力測(cè)試的設(shè)備主要有YJR5型靜態(tài)電阻的應(yīng)變儀及電阻應(yīng)變片；用于撓度測(cè)試的設(shè)備為撓度計(jì)。

2.5 靜載試驗(yàn)的結(jié)果

通過(guò)對(duì)該橋梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，得出每個(gè)加載工序試驗(yàn)結(jié)果，其中橋梁撓度和支座變形均遵循“向下為正值而向上為負(fù)值”的原則，而應(yīng)力值則遵循“受拉為正值而受壓為負(fù)值”的原則。

2.5.1 加載工序1

綜上所述，初中物理課堂其有效的教學(xué)方法和教學(xué)途徑是我們中學(xué)物理教師應(yīng)重點(diǎn)探究的問(wèn)題。對(duì)于這一問(wèn)題，我們各抒己見、各展所能，一邊學(xué)習(xí)新課程改革和素質(zhì)教育的理論，一邊積極付諸教學(xué)實(shí)踐，在實(shí)踐中不斷總結(jié)、反思，激發(fā)中學(xué)生的物理學(xué)習(xí)積極性，促使教學(xué)質(zhì)量得以優(yōu)化。

該橋梁加載工序1的支座變形試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。實(shí)測(cè)邊跨跨中箱梁應(yīng)力值和跨中撓度值如表3所示。

表2 加載工序1的支座變形試驗(yàn)結(jié)果 單位：mm

表3 工況1應(yīng)力及撓度測(cè)試結(jié)果

2.5.2 加載工序2

在進(jìn)行加載工序2的同時(shí)，需對(duì)橋梁偏心加載進(jìn)行有效的測(cè)試，應(yīng)按照偏心加載系數(shù)要求，選擇適宜的偏心加載值。將4輛車放置在橋梁北邊車道上，以對(duì)其邊跨箱梁的預(yù)應(yīng)力和跨中箱梁的撓度進(jìn)行檢測(cè)，具體情況如表4所示。

表4 加載工序2的應(yīng)力與撓度測(cè)試結(jié)果

2.5.3 加載工序3

依據(jù)橋梁Pm9墩頂最大值，于橋梁中跨及邊跨對(duì)應(yīng)位置采取4輛車加載措施，其周圍斷面箱梁的應(yīng)力試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 加載工序3應(yīng)力試驗(yàn)結(jié)果

2.5.4 裂縫測(cè)試

在該橋梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)之前，工作人員已經(jīng)對(duì)其裂縫進(jìn)行了詳細(xì)的勘察，但在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)人員仍需對(duì)裂縫進(jìn)行嚴(yán)密的觀察。一般情況下連續(xù)箱梁裂縫寬度應(yīng)為0.1～0.2mm，除特殊情況外，均為不連續(xù)裂縫。通常情況下，連續(xù)箱梁翼板存在的橫向裂縫位置會(huì)有白色物體滲出，主要是由于橋面滲水引起的。在橋梁靜載試驗(yàn)過(guò)程中，橋梁裂縫未發(fā)生任何擴(kuò)大現(xiàn)象。

3 靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 邊跨跨中與中跨跨中試驗(yàn)結(jié)果分析

從試驗(yàn)結(jié)果可知，該連續(xù)箱梁應(yīng)力平均值分別為計(jì)算值的68%及70%；橋梁撓度平均值分別為計(jì)算值的52%及57%。試驗(yàn)結(jié)果表明，該箱梁剛度要大于設(shè)定值，其除了受到設(shè)定安全度及可靠性影響外，還受到工程設(shè)計(jì)和施工的影響，具體如下：

a）由于設(shè)計(jì)人員把工程空間計(jì)算方式轉(zhuǎn)換成為平面計(jì)算方式，所以其用于橋梁橫向布局的理論、數(shù)值、計(jì)算方式等，都會(huì)對(duì)連續(xù)箱梁橫截面承載力計(jì)算結(jié)果造成影響，讓橋梁橫向布局實(shí)際數(shù)值比理論值?。?/p>

b）將連續(xù)箱梁中的防撞墻和橋面作為主梁內(nèi)力運(yùn)算的外部載荷，但是卻沒(méi)有對(duì)其在主梁中形成的抵抗力以及對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)剛度形成的提高作用進(jìn)行充分考慮；工程實(shí)況表明，橋梁橋面上均鋪設(shè)有一層鋼筋網(wǎng)，對(duì)提高橋梁剛度能起到重要作用；

c）由于連續(xù)箱梁內(nèi)有橫隔板，設(shè)計(jì)人員只對(duì)其外荷載值進(jìn)行計(jì)算，而忽略了其具有的抗力，導(dǎo)致反力在箱梁中擴(kuò)散和分布，實(shí)際彎矩值和設(shè)計(jì)彎矩值存在較大的差異；

d）在工程設(shè)計(jì)中，主要以點(diǎn)或者線作為支承梁體設(shè)計(jì)，若梁端可以隨意移動(dòng)，梁體支座由橡膠板構(gòu)成，并與橋面相連接，那么箱體兩邊支承約束力就會(huì)增加，而梁體橫截面內(nèi)力會(huì)減少；

e）橋梁邊跨南邊和北邊的撓度差距為30%，主要因?yàn)镻m9至Pm10間存在一條道橋，橋面連續(xù)，并在靜載試驗(yàn)中起著受力作用，使得橋梁南邊嚴(yán)重變形；在中跨靜載試驗(yàn)中，橋面和匝道橋已經(jīng)出現(xiàn)分離狀態(tài)，匝道在靜載試驗(yàn)受力中的作用有所減弱，與實(shí)際差異較小。

3.2 橋梁偏心加載試驗(yàn)結(jié)果

該橋梁在靜載試驗(yàn)過(guò)程中，偏心加載值計(jì)算公式如下：

（加載工序1/2＋加載工序2）／應(yīng)力值定值＝（1.04/2＋0.958）／1.38＝1.07

（加載工序4/2＋加載工序5）／應(yīng)力值定值＝（0.921/2＋0.712）／1.22＝0.96

該橋梁偏心加載值設(shè)定為1.10，而試驗(yàn)結(jié)果為1.10＞1.07＞0.96，表明該橋梁偏心加載值符合工程要求，偏心加載值較為安全。

3.3 橋梁支座變形值

靜載試驗(yàn)結(jié)果表明，除了橋梁Pm8－B的支座變形值為0.15mm之外，其余的支座變形值都在0.1mm以下，比限定變形值要小很多。橋梁Pm8－B的支座變形值較大的原因主要是其平面布局不對(duì)稱所致。

3.4 橋梁裂縫值

該橋梁裂縫原有寬度為0.1～0.2mm，且呈不連續(xù)狀態(tài)。在靜載試驗(yàn)過(guò)程中，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂縫有任何擴(kuò)展現(xiàn)象，表明橋梁結(jié)構(gòu)受力和裂縫無(wú)關(guān)。但是經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，橋梁裂縫有白色鈣化物滲出，究其原因，主要是由于該橋梁施工時(shí)期，溫差較大、養(yǎng)護(hù)不周而導(dǎo)致的干縮性裂縫出現(xiàn)，再者橋面防水較差，導(dǎo)致水自裂縫滲出。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，靜載試驗(yàn)具有簡(jiǎn)便、檢測(cè)的準(zhǔn)確性和效率高等優(yōu)勢(shì)，可以有效地反映橋梁的承載能力，確保橋梁的安全性與可靠性。但需要注意的是，在試驗(yàn)中，檢測(cè)工作者必須明確試驗(yàn)?zāi)康?，遵循一定的程序；在試?yàn)開展之前還要注意試驗(yàn)對(duì)于交通狀況的影響；同時(shí)為減少檢測(cè)中的主觀性，必須進(jìn)行嚴(yán)密的準(zhǔn)備和組織工作。

[1]王俊偉.30m混凝土連續(xù)箱梁靜載試驗(yàn)研究[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2011，9（4）：187-191.

[2]劉畔.靜載試驗(yàn)在橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用[J].黑龍江交通科技，2012，8（5）：67-68.