謝勇 王華
摘 要:連續(xù)剛構(gòu)施工便利,造價較低且適應山區(qū)地形特點,因此被廣泛應用于山區(qū)高等級公路橋梁中。遇到山區(qū)常見的“U”、“V”狀峽谷地形,常采用3跨連續(xù)剛構(gòu)。本文對一座5跨連續(xù)剛構(gòu)橋進行了結(jié)構(gòu)理論計算和動靜載試驗,評價大橋在設計使用荷載下的結(jié)構(gòu)性能,為山區(qū)多跨連續(xù)剛構(gòu)橋型的試驗檢測提供參考。
關鍵詞:山區(qū),多跨連續(xù)剛構(gòu),荷載試驗
中圖分類號: S773.4 文獻標識碼:A
連續(xù)剛構(gòu)橋采用懸臂法施工,對機具、場地及運輸條件的要求低,在山高坡陡、施工場地狹窄的山區(qū),具有很強的適應性。一般山區(qū)常采用3跨連續(xù)剛構(gòu)的橋型,對于多跨連續(xù)剛構(gòu)則較少開展。本文對一座5跨連續(xù)剛構(gòu)進行了結(jié)構(gòu)理論計算和動靜載試驗,對進一步完善多跨連續(xù)剛構(gòu)的試驗檢測方法和承載能力的評定提供參考。
1、工程概述
烏江特大橋主橋上部結(jié)構(gòu)為108+3×200+108m預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu),橋位路線在距思南縣城下游約2.5km處跨越烏江,烏江水域在此寬度為270米,測時水深5米左右,水流較緩。下部主墩為雙薄壁空心墩、分隔墩為單薄壁空心墩,采用樁基礎,主橋橋墩采用C40混凝土。上部為分離式橋梁,分左右兩幅,箱梁構(gòu)造采用C55混凝土,采用變截面單箱單室斷面。
2、靜載試驗
2.1 方案選擇
根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》JTG/T J21-2011里的相關規(guī)定,“對于多跨或多孔橋梁,應根據(jù)橋梁技術狀況檢查評定情況,選擇具有代表性的或最不利的橋跨進行承載能力檢測評定?!北敬螜z測橋梁為新建分離式左右兩幅結(jié)構(gòu),且為5跨對稱結(jié)構(gòu),經(jīng)與業(yè)主協(xié)商,各選擇左、右幅第11、12跨為試驗橋跨。
2.2 試驗內(nèi)容
測試相應加載工況下試驗加載截面控制部位的應變(應力),以判斷該橋梁結(jié)構(gòu)強度是否到達驗算荷載要求;
測試各加載工況下橋跨撓度分布,以判斷該橋梁結(jié)構(gòu)剛度是否達到驗算荷載要求。
2.3 測試截面及測點布置
橋面撓度測試截面:在橋面上設8個撓度測試截面,采用精密光學水準儀進行測試,測點布置詳見圖1。應力(應變)測試截面:共設4個應力測試截面,在箱梁內(nèi)部底板打磨,每個測區(qū)貼2片應變片,保證數(shù)據(jù)的可靠性,采用揚州晶明JM3812進行測試,詳見圖2。
圖1撓度測試截面布置圖(單位:cm) 圖2應力測試截面布置圖(單位:cm)
2.4 試驗荷載
結(jié)構(gòu)計算中按公路I級最不利布載,取控制截面最大彎矩作為試驗加載截面的控制值。各試驗加載截面的控制內(nèi)力見表1:
表1靜力試驗荷載效率
工況
序號 工況內(nèi)容 用車量
(臺) 控制部位 設計控制值
(kN?m) 試驗計算值
(kN?m) 荷載效率
1 邊跨最大正彎矩 6 J1截面 34098.70 32402.77 0.95
2 墩頂最大負彎矩 10 J2截面 -133303.80 -113402.47 0.85
1/4最大負彎矩 10 J3截面 -32814.40 -30907.60 0.94
中跨最大正彎矩 10 J4截面 35914.50 37764.99 1.05
2.5 試驗工況
共進行2種情況的加載試驗,即2個加載工況,具體如下:
工況1:J1M+偏載作用下應變和撓度測試;工況2:J2M-、J3M-、J4M+偏載作用下應變和撓度測試。
2.6 試驗結(jié)果
(1)應力
在試驗荷載作用下,測試截面的實測應力及與計算應力的比較見表2~表3。
表2 試驗荷載作用下左幅橋?qū)崪y應力與計算應力對比表
試驗工況 測試截面 彈性應力(MPa) 計算值
(MPa) 校驗系數(shù)η(/)
工況1 J1下緣測點 0.83 1.77 0.47
工況2 J2上緣測點 0.57 1.06 0.54
J3上緣測點 0.32 0.78 0.41
J4下緣測點 1.26 3.05 0.41
表3 試驗荷載作用下右幅橋?qū)崪y應力與計算應力對比表
試驗工況 測試截面 彈性應力(MPa) 計算值
(MPa) 校驗系數(shù)η(/)
工況1 J1下緣測點 0.86 1.77 0.49
工況2 J2上緣測點 0.36 1.06 0.34
J3上緣測點 0.36 0.78 0.46
J4下緣測點 1.60 3.05 0.52
從表2~表3可以看出:測試截面的實測應力均小于理論計算值,橋跨結(jié)構(gòu)強度足要求。
(2)撓度
各工況試驗荷載作用下,左幅橋撓度測試截面的實測值及與計算值的比較曲線見圖3~圖4。
圖3 左幅橋工況1撓度曲線圖4 左幅橋工況2撓度曲線
左幅橋?qū)崪y值與理論計算值的線性相關曲線見圖5~6。
圖5 左幅橋工況1 J1截面F2撓度線性相關曲線 圖6左幅橋工況2 J4截面F6撓度線性相關曲線
各工況試驗荷載作用下,右幅橋撓度測試截面的實測值及與計算值的比較曲線見圖3~圖4。
圖7 右幅橋工況1撓度曲線圖8 右幅橋工況2撓度曲線
右幅橋各截面的實測值與理論計算值的線形相關曲線見圖5~8。
圖9 右幅橋工況1 J1截面F2撓度線性相關曲線 圖10 右幅橋工況2 J4截面F6撓度線性相關曲線
從圖3~圖10可以看出:試驗加載下,實測撓度小于理論計算撓度,線性相關系數(shù)在0.95以上,卸載后撓度回復正常,表明在試驗荷載下,試驗橋跨結(jié)構(gòu)剛度滿足要求。
(3)裂縫檢查
在各工況滿載情況下,在箱梁內(nèi)部對各控制截面仔細觀察,未發(fā)現(xiàn)表面可見裂縫。
3、動力荷載試驗
3.1 試驗內(nèi)容
動載試驗主要針對大橋第11跨進行,包括以下內(nèi)容:橋跨結(jié)構(gòu)自振特性、J4截面行車動力響應試驗。
3.2 測點布置
在中跨跨中截面布置豎向加速度測點和縱向動應變。
3.3 理論振型
采用有限元軟件MIDAS/CIVIL2011計算橋跨結(jié)構(gòu)自振特性,其結(jié)果見圖11。
圖11 一階豎向彎曲計算振型(f1=0.687Hz)
3.4 實測
大橋動態(tài)測試采用揚州晶明JM3844進行,實測左、右幅一階基頻為1.000,理論計算一階基頻為0.687,實測值大于理論計算值。
汽車以10km/h~50km/h的速度進行跑車試驗,得出測試截面最大動應變和沖擊系數(shù)如表4~表5所示。
表4左幅橋動應變和沖擊系數(shù)分析表
工況
項目
測試參數(shù) 無障礙行車試驗
10km/h 20km/h 30km/h 40km/h 50km/h
最大動應變 4.354 4.684 4.559 4.244 4.610
沖擊系數(shù) 1.078 1.078 1.074 1.066 1.032
表5右幅橋動應變和沖擊系數(shù)分析表
工況
項目
測試參數(shù) 無障礙行車試驗
10km/h 20km/h 30km/h 40km/h 50km/h
最大動應變 4.068 4.275 4.822 4.673 4.976
沖擊系數(shù) 1.025 1.041 1.050 1.025 1.034
通過表4~表5看出:左幅橋無障礙行車試驗的沖擊系數(shù)介于1.032~1.078之間,右幅橋無障礙行車試驗的沖擊系數(shù)介于1.025~1.050之間,表明大橋橋面較平整,跑車引起的沖擊較小。
4、結(jié)語
通過靜載試驗可知:橋梁結(jié)構(gòu)實測應力均小于計算值,實測撓度小于計算撓度,卸載后上撓度回復正常,橋跨結(jié)構(gòu)強度和剛度滿足要求。
通過橋跨結(jié)構(gòu)自振特性測試,實測基頻大于理論值,表明結(jié)構(gòu)的剛度滿足要求;通過無障礙行車試驗表面橋面較平整。
參考文獻:
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作者簡介:謝勇(1981.11---),男,本科學歷,貴州省惠水人,工程師,研究方向:橋梁結(jié)構(gòu)分析與檢測。