高速公路箱梁靜載試驗(yàn)檢測(cè)與分析

苗蘭弟

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714099)

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高速公路箱梁靜載試驗(yàn)檢測(cè)與分析

苗蘭弟

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714099)

摘要：針對(duì)某高速公路箱梁進(jìn)行了靜載試驗(yàn)。研究了箱梁試驗(yàn)加載方案及測(cè)點(diǎn)布置，然后通過(guò)對(duì)試驗(yàn)截面進(jìn)行逐級(jí)加載，現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和撓度。將實(shí)測(cè)值和理論值進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)合公路橋梁相關(guān)規(guī)范，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性能。

關(guān)鍵詞：高速公路；箱梁；靜載試驗(yàn)；應(yīng)變；撓度

1工程概述

某高速公路工程設(shè)計(jì)荷載為公路Ⅰ級(jí)，某段橋梁結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁，橫向由4片主梁組成，采取先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)。全橋分為4聯(lián)，每聯(lián)4孔，共16孔，大橋全長(zhǎng)474.2 m，單跨標(biāo)準(zhǔn)跨徑29.2 m。

2靜載試驗(yàn)檢測(cè)內(nèi)容

施工現(xiàn)場(chǎng)選取林州方向右幅邊跨、次邊跨為試驗(yàn)對(duì)象，選取邊跨跨中截面(A截面)、次邊跨跨中截面(B截面)、支點(diǎn)截面(C截面)共3個(gè)測(cè)試截面，如圖1所示。本橋的主要測(cè)試內(nèi)容包括應(yīng)變測(cè)試和撓度測(cè)試兩部分，根據(jù)測(cè)試截面的受力特點(diǎn)布置沿截面高度的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)和撓度測(cè)點(diǎn)。檢測(cè)依據(jù)是JTG/T J21—2011《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》，以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》。

圖1　測(cè)試截面布置示意圖

3試驗(yàn)加載方案

3.1荷載工況

根據(jù)測(cè)試內(nèi)容，本橋梁的荷載試驗(yàn)的布載方式為：對(duì)A、B截面，根據(jù)其彎矩影響線分別橫向偏心布載及橫向?qū)ΨQ布載；針對(duì)1#墩支點(diǎn)截面(C截面)，按照彎矩影響線橫向偏心布載。

3.2試驗(yàn)車概況

3.2.1試驗(yàn)車概況

本次靜載試驗(yàn)加載的車重約為40 t，共4輛，車輛尺寸如圖2所示，各軸實(shí)際重量見表1。

圖2　加載車輛尺寸/cm

t

3.2.2試驗(yàn)車輛荷載布置

試驗(yàn)車輛荷載布置如圖3～5所示，各載位的分級(jí)加載表見表2～4。

(a)A截面偏心荷載布置圖

(b)A截面對(duì)稱荷載布置圖

分級(jí)設(shè)計(jì)彎矩/(kN·m)X/m試驗(yàn)彎矩/(kN·m)荷載效率邊跨第一級(jí)5857823670.40邊跨第二級(jí)5857549230.84邊跨第三級(jí)5857261581.05

(a)B截面偏心荷載布置圖

(b)B截面對(duì)稱荷載布置圖

注：本次荷載試驗(yàn)采用分級(jí)加載，其中邊跨和次邊跨跨中正彎矩加載按照車輛在影響線的不同位置形成分級(jí)。

圖5　C截面荷載布置圖

分級(jí)設(shè)計(jì)彎矩/(kN·m)X/m試驗(yàn)彎矩/(kN·m)荷載效率支點(diǎn)截面第一級(jí)-48245-29920.62支點(diǎn)截面第二級(jí)-48243-39460.82支點(diǎn)截面第三級(jí)-48242-45200.94

注：支點(diǎn)截面的分級(jí)加載通過(guò)邊跨加載實(shí)現(xiàn)。

3.2.3荷載試驗(yàn)效率

試驗(yàn)彎矩(kN·m)和效率系數(shù)見表5。

表5　試驗(yàn)彎矩(kN·m)和效率系數(shù)表

4靜載試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置

本橋撓度測(cè)試截面選擇分別為：針對(duì)A截面和B截面，截面處的每片小箱梁設(shè)置一個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)，并在0#臺(tái)、1#墩、2#墩處各設(shè)置2個(gè)支點(diǎn)沉降測(cè)點(diǎn)，共設(shè)14個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)，如圖6所示。

圖6　各截面撓度測(cè)點(diǎn)布置圖

本橋應(yīng)力(應(yīng)變)測(cè)試截面為A截面、B截面、C截面共3個(gè)截面。其中，A截面、B截面的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)設(shè)在每片梁的梁底，各梁均設(shè)置一個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，另外，C截面的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)設(shè)置在腹板外側(cè)面，設(shè)置5個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)[1]，測(cè)點(diǎn)具體設(shè)置位置如圖7(a)～7(c)。

(a)A截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)

(b)B截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)

(c)C截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)

5試驗(yàn)加載

5.1加載方式

本試驗(yàn)根據(jù)各控制截面的內(nèi)力影響線，用4輛40 t重的加載車進(jìn)行布載，通過(guò)移動(dòng)不同的加載車而使各測(cè)試截面達(dá)到試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值，從而使各測(cè)試截面的實(shí)測(cè)力矩與標(biāo)準(zhǔn)貨載作用下的設(shè)計(jì)力矩之比滿足試驗(yàn)荷載效率的要求[2-3]。

5.2加載圖式

通過(guò)結(jié)構(gòu)分析軟件——Midas Civil2010計(jì)算確定靜載試驗(yàn)加載的位置，設(shè)計(jì)荷載按照公路—I級(jí)(并考慮相應(yīng)的折減系數(shù))，按照彎矩等效的原則，同時(shí)要符合荷載效率應(yīng)在0.95～1.05之間的規(guī)定[2]。

6靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

以邊跨跨中(A)截面為例，對(duì)本橋梁結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

6.1應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果與分析

6.1.1應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果列表

1)A截面中載各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)變值見表6。

表6A截面中載各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)變值

測(cè)點(diǎn)編號(hào)加載分級(jí)一級(jí)二級(jí)三級(jí)卸載邊跨跨中A-110.820.126.0 0.5A-228.346.965.7 0.3A-324.141.359.4-7.8A-412.717.523.2-2.4

2)A截面偏載各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)變值見表7。

表7A截面偏載各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)變值

測(cè)點(diǎn)編號(hào)加載分級(jí)一級(jí)二級(jí)三級(jí)卸載邊跨跨中A-134.849.564.3-0.2A-229.742.356.3 3.5A-323.229.539.2-1.8A-419.322.628.1-2.1

6.1.2應(yīng)變檢測(cè)校驗(yàn)系數(shù)評(píng)定

校驗(yàn)系數(shù)η為某一測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變實(shí)測(cè)值與理論值計(jì)算值的比值：η=S實(shí)測(cè)/S理論。通常要求預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)常值范圍為：η=S實(shí)測(cè)/S理論≤1，此時(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能較好[4]。

1)A截面中載各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變效驗(yàn)系數(shù)評(píng)定結(jié)果見表8。

表8　A截面中載各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)評(píng)定

由表8可知，4個(gè)測(cè)點(diǎn)中校驗(yàn)系數(shù)最大值為0.49，均滿足不大于1的要求，符合《規(guī)程》的規(guī)定。

由圖8可知，雖然A-2，A-3的應(yīng)變值較A-1，A-4較大，但4個(gè)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)應(yīng)變橫向分布趨勢(shì)與理論計(jì)算值橫向分布變化趨勢(shì)總體一致，符合《規(guī)程》要求，這說(shuō)明A截面的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

圖8　A截面中載第三級(jí)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)橫向分布圖

2)A截面偏載各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變效驗(yàn)系數(shù)評(píng)定結(jié)果見表9。

由表9可知，4個(gè)測(cè)點(diǎn)中A-1的校驗(yàn)系數(shù)最大為0.42，均小于1，符合《規(guī)程》的規(guī)定。

表9　邊跨1/2L(A截面)偏載各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)評(píng)定

圖9　A截面偏載第三級(jí)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)橫向分布圖

6.1.3應(yīng)變實(shí)測(cè)值與計(jì)算值線性關(guān)系分析

1)A截面中載時(shí)的線性關(guān)系分析。此時(shí)A-2測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變實(shí)測(cè)值最大，三級(jí)荷載下為65.7με，其與理論計(jì)算值關(guān)系曲線如圖10所示。

圖10　中載時(shí)A-2測(cè)點(diǎn)應(yīng)變實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值線性關(guān)系

由圖10可知，測(cè)點(diǎn)A-2的應(yīng)變實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值線性關(guān)系非常好， 線性相關(guān)系數(shù)平方值為0.999 5。

2)A截面偏載時(shí)的線性關(guān)系分析。偏載時(shí)，A-1測(cè)點(diǎn)應(yīng)變實(shí)測(cè)值最大，三級(jí)荷載下的應(yīng)變值為64.3με，其與理論計(jì)算值關(guān)系曲線如圖11所示。

圖11　偏載時(shí)A-1測(cè)點(diǎn)應(yīng)變實(shí)測(cè)值與計(jì)算值線性關(guān)系

由圖11中可以看到，測(cè)點(diǎn)A-1在偏載時(shí)應(yīng)變實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值線性關(guān)系仍然非常好，線性相關(guān)系數(shù)平方值仍為0.999 5。

6.1.4殘余應(yīng)變?cè)u(píng)定

橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)還可用實(shí)測(cè)殘余應(yīng)變(Sp)與實(shí)測(cè)最大應(yīng)變(Stot)的比值來(lái)衡量，比值越小，橋梁結(jié)構(gòu)就越接近彈性工作狀態(tài)，通常要求兩者的比值≤0.20。

1)A截面中載時(shí)應(yīng)變實(shí)測(cè)值相對(duì)殘余分析。由表10可以看出，A-3的相對(duì)殘余值最大，為-0.13，4個(gè)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余值均小于0.20,符合規(guī)范要求。

表10　A截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)殘余應(yīng)變(對(duì)稱加載)

2)A截面偏載時(shí)應(yīng)變實(shí)測(cè)值相對(duì)殘余分析。由表11可以看出，4個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余值均非常理想，均滿足規(guī)范規(guī)定的相對(duì)殘余值小于0.20的要求。

表11　A截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)殘余應(yīng)變(偏心加載)

6.2變形檢測(cè)結(jié)果與分析

6.2.1變形檢測(cè)結(jié)果列表

1) A截面中載各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)變形值見表12所示。

大眾審美是整容審美的一個(gè)風(fēng)向標(biāo)，也是一個(gè)顯示器。當(dāng)大眾審美傾向于成熟性感時(shí)，女人會(huì)選擇隆胸、墊歐式鼻梁、開歐式平行雙眼皮，當(dāng)時(shí)的整容模板是范冰冰。而當(dāng)大眾審美偏向于清新自然時(shí)，內(nèi)扇型的雙眼皮、韓式小翹鼻是首選。

表12　A截面中載各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)變形值　mm

2) A截面偏載各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)變形值見表13所示。

表13　A截面偏載各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)變形值　mm

6.2.2變形檢測(cè)校驗(yàn)系數(shù)評(píng)定

變形檢測(cè)校驗(yàn)系數(shù)和應(yīng)變檢測(cè)校驗(yàn)系數(shù)表達(dá)方式相同，仍用：η=S實(shí)測(cè)/S理論。通常要求預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁校驗(yàn)系數(shù)的常值范圍：變形η=S實(shí)測(cè)/S理論≤1.0。

1)A截面中載各測(cè)點(diǎn)變形校驗(yàn)系數(shù)評(píng)定結(jié)果見表14。

表14　A截面中載各測(cè)點(diǎn)變形校驗(yàn)系數(shù)評(píng)定

從表14可知，A截面在中載三級(jí)試驗(yàn)荷載作用下，A3測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)撓度最大，該值為4.47 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論計(jì)算值：L/600=30 000/600 =50 mm，這說(shuō)明結(jié)構(gòu)剛度符合《規(guī)程》規(guī)定。

圖12　A截面中載第三級(jí)變形測(cè)點(diǎn)橫向分布圖

從圖12可知，各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)值的曲線圓順，其變化趨勢(shì)與理論計(jì)算值吻合，梁體橫向剛度分布較好[1]。

2)A截面偏載各測(cè)點(diǎn)變形效驗(yàn)系數(shù)評(píng)定結(jié)果見表15。由表15可知，A截面在偏載三級(jí)試驗(yàn)荷載作用下， A1測(cè)點(diǎn)在4個(gè)測(cè)點(diǎn)中實(shí)測(cè)撓度值最大，該值為5.16 mm，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論計(jì)算值L/600=30 000/600 =50 mm，表明該結(jié)構(gòu)剛度滿足要求。

表15　A截面偏載各測(cè)點(diǎn)變形校驗(yàn)系數(shù)評(píng)定

由圖13可知，各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)變形橫向分布與理論計(jì)算值總體趨勢(shì)一致。

圖13　A截面偏載第三級(jí)變形測(cè)點(diǎn)橫向分布圖

6.2.3變形實(shí)測(cè)值與計(jì)算值線性關(guān)系分析

1) A截面中載時(shí)的線性關(guān)系分析。中載時(shí)，A3測(cè)點(diǎn)變形值最大，三級(jí)荷載作用下實(shí)測(cè)變形值為4.47 mm，其與理論計(jì)算值關(guān)系曲線如圖14所示，兩者線性關(guān)系良好。

圖14　中載時(shí)A3測(cè)點(diǎn)變形實(shí)測(cè)值與計(jì)算值線性關(guān)系

2)A截面偏載時(shí)的線性關(guān)系分析。偏載時(shí)，A1測(cè)點(diǎn)變形實(shí)測(cè)值最大，三級(jí)荷載作用下實(shí)測(cè)變形值為5.16 mm，其與理論計(jì)算值關(guān)系曲線如圖15所示，兩者線性關(guān)系較好。

圖15　偏載時(shí)A1測(cè)點(diǎn)變形實(shí)測(cè)值與計(jì)算值線性關(guān)系

6.2.4殘余變形評(píng)定

實(shí)測(cè)殘余變形(Sp)與實(shí)測(cè)最大變形(Stot)的比值越小結(jié)構(gòu)越接近彈性工作狀態(tài)，一般要求≤0.20[4]。

1) A截面中載時(shí)變形實(shí)測(cè)值相對(duì)殘余分析。由表16可以看出，只有A3測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余值為0.14，相對(duì)接近規(guī)范規(guī)定的0.20，其余各點(diǎn)相對(duì)殘余變形均很小，都小于20%，滿足規(guī)范要求。

表16　A截面變形測(cè)點(diǎn)殘余

2)A截面偏載時(shí)變形實(shí)測(cè)值相對(duì)殘余分析。由表17可以看出，4個(gè)截面變形測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余值均很小，滿足規(guī)范規(guī)定的小于0.20的要求。

表17　A截面變形測(cè)點(diǎn)殘余

7結(jié)語(yǔ)

1) 在試驗(yàn)荷載(中載、偏載)作用下，該大橋應(yīng)變檢測(cè)截面(A截面)應(yīng)變實(shí)測(cè)值均小于理論計(jì)算值，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)η=S實(shí)測(cè)/S理論均小于1，實(shí)測(cè)應(yīng)變橫向分布趨勢(shì)與理論計(jì)算值橫向分布變化趨勢(shì)總體一致，且應(yīng)變實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值線性關(guān)系良好，滿足《規(guī)程》相關(guān)規(guī)定。應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果表明該橋測(cè)試橋跨梁體抗彎強(qiáng)度滿足公路-I級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)。

2)在試驗(yàn)荷載(中載、偏載)作用下，該大橋撓度檢測(cè)截面(A截面)撓度實(shí)測(cè)值均小于理論計(jì)算值，變形校驗(yàn)系數(shù)η=S實(shí)測(cè)/S理論均小于1，實(shí)測(cè)變形橫向分布趨勢(shì)與理論計(jì)算值橫向分布變化趨勢(shì)總體一致，且變形實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值線性關(guān)系良好，滿足《規(guī)程》相關(guān)規(guī)定。撓度檢測(cè)結(jié)果表明該橋測(cè)試橋跨梁體剛度滿足公路-I級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)。

3)應(yīng)變相對(duì)殘余最大值為應(yīng)變測(cè)點(diǎn)A-3(中載)，相對(duì)殘余數(shù)值為-0.13；撓度相對(duì)殘余最大值為撓度測(cè)點(diǎn)A3(中載)，相對(duì)殘余數(shù)值為0.14，均滿足《規(guī)程》相對(duì)殘余值不大于0.20的要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 張振平，馬躍. 鋼—混凝土組合梁健康靜載試驗(yàn)檢測(cè)與評(píng)估[J]. 四川建材，2013(5):133-134.

[2] 賈永昌. 橋梁荷載試驗(yàn)分析[J]. 北方交通，2013(3):64-66.

[3] 徐兆華. 高強(qiáng)鋼絲繩在橋梁加固中的計(jì)算問(wèn)題[J]. 交通世界(建養(yǎng)機(jī)械)，2013(5):256-257.

[4] 李治學(xué)，白先梅. 某雙曲拱橋病害檢測(cè)及承載力評(píng)估[J]. 公路，2011(3):42-45.

The Static Load Test and Analysis to the Expressway Box Girder

MIAO Lan-di

(ShaanXiRailwayInstitute,Weinanshaanxi714099,China)

Abstract：A static load test has been made to a certain expressway construction. In the test，the loading scheme and arrangement of measuring points have been researched. Then through step by step loading to test the cross-section, the strain and deflection have been observed on the spot. After comparing and studying the observation results and theoretical values, and being combined with the design specifications of highway, the safety and stability of the structure have been verified.

Key words：expressway; boxed girder; static test; strain; deflection

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-8984(2016)01-0034-06

中圖分類號(hào)：U441.2

作者簡(jiǎn)介：苗蘭弟(1983-)，女(漢)，山西河曲，碩士，講師

收稿日期：2016-01-20

doi:10.3969/j.issn.1009-8984.2016.01.008

主要研究橋梁施工技術(shù)與控制。