基于靜載試驗(yàn)的橋梁結(jié)構(gòu)性能評價

曾 彥

(華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450045)

為了保證橋梁工程的質(zhì)量，確保橋梁的安全性和耐久性，對竣工橋梁實(shí)行成橋檢測是最為直接、有效的方法.橋梁檢測方法有常規(guī)試驗(yàn)檢測和橋梁狀態(tài)的整體性能試驗(yàn)等.常規(guī)試驗(yàn)檢測多側(cè)重于測量外部尺寸、混凝土強(qiáng)度及調(diào)查外觀缺陷等.而橋梁狀態(tài)的整體性能試驗(yàn)則多為橋梁的靜、動載試驗(yàn)［1－3］.靜載試驗(yàn)是測量橋梁在各種靜力荷載工況下的各個控制截面的應(yīng)力、應(yīng)變及結(jié)構(gòu)的變形，從而檢驗(yàn)施工質(zhì)量、驗(yàn)證設(shè)計及確定結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作性能;它可直接、有效地檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度及其他工作性能.靜載試驗(yàn)、動載試驗(yàn)是對橋梁結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)進(jìn)行直接測試的一種非常有效的鑒定手段.

筆者對林長高速橫水互通A 匝道等截面現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋進(jìn)行了現(xiàn)場靜載試驗(yàn)，分析了其結(jié)構(gòu)性能.

1 工程概況

林長高速橫水互通A 匝道橋全長71 m，上、下行兩幅布置，單幅橋?qū)?2.75 m.設(shè)計荷載采用公路－I 級.上部采用3 跨(20 m +25 m +20 m)預(yù)應(yīng)力混凝土單箱雙室直腹板連續(xù)箱梁，箱梁高1.5 m.主橋箱梁在墩頂設(shè)置厚1.5 m 的中橫梁，在邊跨端部設(shè)置厚度為1.0 m 的端橫梁.為改善箱梁根部截面受力，在支點(diǎn)兩側(cè)1 m 附近的底板處局部加厚.橋面設(shè)置5%的單向橫坡.

2 靜載試驗(yàn)［4－6］

2.1 測試斷面及測點(diǎn)布置

根據(jù)主橋活載作用下的內(nèi)力包絡(luò)圖，確定測試控制截面具體位置如圖1 所示.

圖1 主橋測試截面位置示意圖(單位:m)

箱梁各截面的混凝土表面應(yīng)力采用振弦式應(yīng)變計進(jìn)行測量，主要測試控制截面的應(yīng)力分布規(guī)律.為測量跨中處最大豎向撓度，在箱梁底面腹板下方布置位移計.2－2 斷面測點(diǎn)布置如圖2 所示.

圖2 2－2 截面測點(diǎn)布置圖(單位:cm)

考慮到量測橋梁在試驗(yàn)車輛荷載作用下跨中的最大撓度，需進(jìn)行支點(diǎn)沉降的修正.試驗(yàn)中在墩臺支座處箱梁底面支座外側(cè)布置2 個位移計測點(diǎn)，以考慮支座沉降的影響.

2.2 加載車況

為保證試驗(yàn)效果，對于某一特定荷載工況，試驗(yàn)荷載大小和加載位置采用靜載試驗(yàn)效率系數(shù)［7］進(jìn)行控制.試驗(yàn)選用3 輛重車，其前軸與中軸、中軸與后軸的軸間距均分別為1.4 m 和3.6 m，車輛編號及軸重見表1.

表1 車輛編號及軸重表

2.3 加載工況

1)工況1.0#臺支座附近箱梁的最不利剪力試驗(yàn)，1#，2#，3#車同時加載，以測試加載前、加載后、卸載后主梁1－1 截面的應(yīng)力.

2)工況2 和工況3.中跨跨中位置撓度的對稱(1#車居中)與偏心(3#，2#，1#車從外側(cè)向內(nèi)側(cè)依次加載)加載試驗(yàn)，以測試加載前、加載后、卸載后箱梁2－2 截面的應(yīng)力、撓度.

3)工況4.2#墩外支點(diǎn)截面負(fù)彎矩加載，1#，2#，3#車同時加載.測試項(xiàng)目:加載前、加載后、卸載后箱梁3－3 截面的應(yīng)力.

4)工況5 和工況6.2#墩和3#臺支座之間跨中附近箱梁的最不利撓度試驗(yàn)，車輛分別按對稱(1#車居中)與偏心(3#，2#，1#車從外側(cè)向內(nèi)側(cè)順序排列)加載，測試加載前、加載后、卸載后主箱梁4－4 截面的應(yīng)力、撓度.

3 檢測結(jié)果及分析

通過有限元計算軟件MIDAS Civil 2006 建立全橋的有限元模型.采用空間梁單元模擬主梁，全橋共92 個單元.支座模擬采用實(shí)際位置建立節(jié)點(diǎn)，1#墩頂放固定支座，其余為活動支座，然后用剛性彈簧連接主梁節(jié)點(diǎn)和支座節(jié)點(diǎn).

計算在上述所有工況下對應(yīng)的橋梁結(jié)構(gòu)理論應(yīng)力值，并與實(shí)測應(yīng)力值相比較，計算結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)η，分析結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài).部分試驗(yàn)結(jié)果見表2—5.

由表2 可知，各測試截面的應(yīng)力值均小于理論值，校驗(yàn)系數(shù)滿足要求，且各種工況在荷載作用下應(yīng)力基本按y=0.479x－0.057 線性變化，說明結(jié)構(gòu)處于線彈性工作狀態(tài).

由表3—4 可知，各工況下實(shí)測撓度值均小于理論計算值，校驗(yàn)系數(shù)滿足要求，且不同車輛加載作用下的撓度曲線基本呈線性變化，說明在試驗(yàn)荷載作用下梁體處于線彈性狀態(tài).

由表5 可知，0#臺支點(diǎn)在試驗(yàn)荷載作用下的變形呈線性變化，變形均為支座彈性變形，在試驗(yàn)荷載卸載完成后其變形恢復(fù)，表明支座工作狀況良好.

表2 2－2 截面測點(diǎn)應(yīng)力校驗(yàn)結(jié)果

表3 2－2 截面測點(diǎn)撓度校驗(yàn)結(jié)果

表4 4－4 截面測點(diǎn)撓度校驗(yàn)結(jié)果

表5 實(shí)測0#臺支點(diǎn)沉降位移 mm

4 結(jié)語

1)在試驗(yàn)荷載作用下，各控制截面撓度實(shí)測值均小于理論計算值，撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.55～0.72，均小于1.0，且最大實(shí)測撓度遠(yuǎn)小于L/600，說明結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計荷載通行要求.

2)在試驗(yàn)荷載作用下，各測試截面的測點(diǎn)應(yīng)力值均小于理論值，應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)為0.42～0.63，均小于1.0，在試驗(yàn)加載前后均未發(fā)現(xiàn)裂縫，說明結(jié)構(gòu)抗裂性能滿足要求.

3)撓度測試控制截面的殘余撓度最大值為14.34%，滿足文獻(xiàn)［8］不超過20%的要求，表明卸載之后結(jié)構(gòu)的變形能夠及時恢復(fù)，結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài).

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