超期存放預(yù)制空心板梁可靠度評估分析

葉 洪

(福建省永正工程質(zhì)量檢測有限公司,福建 福州 350012)

預(yù)制板梁結(jié)構(gòu)具有可平行施工、集中批量生產(chǎn)、節(jié)省施工成本等優(yōu)點,常用于中小跨度橋梁,預(yù)應(yīng)力技術(shù)既可以減輕橋梁重量,又可以避免公路混凝土出現(xiàn)裂縫,所以在公路橋梁施工中得到廣泛的應(yīng)用[1]。在實際工程中,由于施工管理、設(shè)計變更、不可抗力等因素影響,可能造成預(yù)制梁未能及時吊裝而超期存梁,其力學(xué)性能較原設(shè)計會發(fā)生較大變化,影響工程項目質(zhì)量和后期施工。因此,有必要對超期存梁進(jìn)行可靠度評估分析,確保成橋安全。本文以某實際工程中超期存放的預(yù)制預(yù)應(yīng)力空心板梁為研究背景,結(jié)合目前的檢測評估手段,制定完整的評估方案,并根據(jù)結(jié)果對預(yù)制梁存放、超期存梁的再利用提出一些建議,供類似工程參考。

1 工程概況

原某橋橋梁全長56.60m,橋?qū)?1.00m,橋梁上部結(jié)構(gòu)采用3×16m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板,預(yù)制板高0.80m,寬1.24m,原設(shè)計荷載等級為城-A級。由于橋梁位于工業(yè)園區(qū)需通行特種車輛,經(jīng)變更設(shè)計后,原空心板梁預(yù)制完成后未吊裝使用,為充分利用已施工舊梁,待建新橋結(jié)合原橋梁上部主梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計,橋梁上部結(jié)構(gòu)及設(shè)計荷載等級不變。但原預(yù)制梁已存放12個月左右,超過規(guī)范規(guī)定的三個月期限,為評價預(yù)制梁的結(jié)構(gòu)性能,保證舊梁安全利用,擬對全部預(yù)制梁進(jìn)行可靠性評估。

2 可靠度評估方案

考慮到該批預(yù)制梁露天堆放,且未按等效荷載對預(yù)制梁進(jìn)行預(yù)壓,經(jīng)分析可能產(chǎn)生的不利影響后,確定從以下幾個方面進(jìn)行檢測評估。

2.1 外觀檢測

構(gòu)件外觀質(zhì)量的好壞及是否存在外觀缺陷,在一定程度上反映了混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)在品質(zhì),通過外觀檢測可以初步了解預(yù)制梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀。

2.2 實體檢測

對全部預(yù)制梁進(jìn)行混凝土強(qiáng)度、混凝土碳化狀況、鋼筋保護(hù)層厚度進(jìn)行檢測。通過實體檢測,確認(rèn)材料特性、退化程度和退化的性質(zhì),以及對結(jié)構(gòu)性能和耐久性的影響。

2.3 上拱度檢測

預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁張拉后,上拱度主要由兩部分產(chǎn)生,一部分是張拉后大于自重的鋼絞線作用力,另一部分是混凝土收縮徐變產(chǎn)生的上拱度,一般情況下混凝土在兩周內(nèi)完成最終徐變的25%,3個月內(nèi)完成最終徐變的5O%,一年內(nèi)完成最終徐變的75%,幾年后就趨于穩(wěn)定[2]。預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁存放時間過長,于施加預(yù)應(yīng)力的原因,往往造成預(yù)制梁上拱值過大,這樣就會給梁體的預(yù)制施工以及橋面鋪裝帶來困難,同時也會使橋面不平順、不美觀,在通車后,力學(xué)性能也會受到影響,進(jìn)而影響到橋梁的安全性和耐久性[3]。因此必須了解該批預(yù)制梁的上拱度現(xiàn)狀。

2.4 單梁靜載試驗

預(yù)制空心板靜力荷載試驗是檢驗預(yù)制空心板結(jié)構(gòu)受力特征的最直接和最有效的方法,主要是測量結(jié)構(gòu)在試驗荷載作用下的撓度和應(yīng)變,了解試驗梁實際強(qiáng)度、剛度及受力性能,檢驗試驗梁在荷載作用下,各結(jié)構(gòu)響應(yīng)是否符合規(guī)范要求。

3 超期存梁的可靠度分析

3.1 外觀檢測

現(xiàn)場對全部預(yù)制梁進(jìn)行外觀檢測,結(jié)果表明,除部分由于養(yǎng)護(hù)、施工原因造成的裂縫外,未發(fā)現(xiàn)其它典型病害。

3.2 實體檢測

現(xiàn)場對預(yù)制梁進(jìn)行混凝土強(qiáng)度、混凝土碳化狀況、鋼筋保護(hù)層厚度檢測,結(jié)果表明,該批預(yù)制梁的材料特性良好,未發(fā)現(xiàn)明顯退化現(xiàn)象,符合設(shè)計要求。

3.3 上拱度檢測

現(xiàn)場對全部預(yù)制梁進(jìn)行上拱度檢測,結(jié)果表明,該批預(yù)制梁上拱度都大于相關(guān)規(guī)范規(guī)定90天的存梁期上拱度計算值。

3.4 單梁靜載試驗

綜合外觀檢測、無損檢測、上拱度檢測結(jié)果及預(yù)制梁預(yù)制時間,為進(jìn)一步評價超期存梁對承載能力的影響,選取部分具有代表性的預(yù)制梁進(jìn)行單梁靜載試驗。本文以其中一片空心板為例,介紹現(xiàn)場試驗檢測內(nèi)容、過程及試驗結(jié)果分析方法。

3.4.1 實驗工況

根據(jù)預(yù)制梁的受力特點,試驗時將試驗梁架設(shè)在堅硬基礎(chǔ)上,梁體底面離地面約0.8m,臨時支座根據(jù)設(shè)計支承中心布置,主要檢測項目為在各級荷載作用下試驗梁控制截面(1/4截面、跨中截面、3/4截面)的應(yīng)變和撓度測量及試驗梁的梁體破損、裂縫情況的觀測。測試斷面如圖1所示,在試驗梁1/4截面、跨中截面、3/4截面梁底布置應(yīng)變、撓度測點,在兩端支承中心附近布置撓度測點用來修正支座及基礎(chǔ)沉降。

圖1 測點斷面布置示意圖

控制荷載為設(shè)計荷載并考慮二期恒載作用的最不利效應(yīng)組合,本次試驗采用單個尺寸為0.8m×0.8m×1.6m的混凝土試塊進(jìn)行等效布載。為保證試驗過程安全及與更科學(xué)合理的分析比較,本次試驗分四級加載,每次加載約為控制荷載的25%。

3.4.2 數(shù)值建模分析

采用有限元軟件Midas Civil分別建立橋梁結(jié)構(gòu)整橋及單梁模型,結(jié)構(gòu)材料特性根據(jù)設(shè)計資料確定,支座約束按簡支梁設(shè)置。根據(jù)各工況靜力荷載布置情況,對有限元模型進(jìn)行加載,實現(xiàn)方法是根據(jù)實際加載荷載大小,對梁單元施加節(jié)點均布荷載。

3.4.3 試驗數(shù)據(jù)與數(shù)值計算結(jié)果對比分析

現(xiàn)場撓度采用百分表進(jìn)行測量,表1列出了試驗梁在各級荷載作用下各測試截面撓度測點的實測值和理論計算值。各級荷載下試驗梁撓度分布情況見圖2。由于篇幅所限,文中僅給出了跨中截面梁底各級實測撓度與理論撓度比較圖,見圖3,其它斷面類似。

表1 各級試驗荷載下實測撓度與理論撓度比較

注：撓度以向下為正,向上為負(fù)。

圖2 各級荷載下各控制截面撓度分布情況

圖3 跨中截面各級荷載下?lián)隙葘崪y值與理論值關(guān)系曲線

從表1及圖2～圖3可以看出,試驗梁各控制截面在荷載作用下所檢測點撓度校驗系數(shù)符合規(guī)范規(guī)定的不大于1.00的限值要求[4],且實測撓度與計算跨徑的比值小于規(guī)范限值L/600,相對殘余變位小于規(guī)范規(guī)定的20%限值要求,各測點實測撓度與試驗荷載基本呈線性關(guān)系,試驗結(jié)果表明試驗梁變形性能良好,處于彈性工作階段,結(jié)構(gòu)剛度符合設(shè)計要求。

表2列出了試驗梁在各級荷載作用下各測試截面應(yīng)變測點的實測值和理論計算值。圖2繪制了各級荷載下試驗梁應(yīng)變分布情況。圖3給出了跨中截面梁底各級實測應(yīng)變與理論應(yīng)變關(guān)系曲線。

表2 各級試驗荷載下實測應(yīng)變與理論應(yīng)變比較

注：應(yīng)變以負(fù)值為壓應(yīng)變,正值為拉應(yīng)變。

從表2及圖4～圖5可以看出,試驗梁各控制截面在荷載作用下所檢測點應(yīng)變校驗系數(shù)符合規(guī)范規(guī)定的不大于1.00的限值要求,且相對殘余應(yīng)變小于規(guī)范規(guī)定的20%限值要求,各測點實測應(yīng)變與試驗荷載基本呈線性關(guān)系,試驗結(jié)果表明試驗梁處于彈性工作狀態(tài),結(jié)構(gòu)強(qiáng)度符合設(shè)計要求。

3.4.4 關(guān)鍵部位異常情況及裂縫觀測

試驗梁在各級荷載試驗過程中,各控制截面和梁體未發(fā)現(xiàn)混凝土破損現(xiàn)象,未發(fā)現(xiàn)明顯肉眼可見新增裂縫,說明試驗梁在自重、預(yù)應(yīng)力和試驗荷載的共同作用下,控制截面下緣混凝土處于受壓狀態(tài)或拉應(yīng)力小于材料抗拉強(qiáng)度,結(jié)構(gòu)的抗裂性能滿足規(guī)范要求。

圖4 各級荷載下各控制截面應(yīng)變分布情況

圖5 跨中截面各級荷載下應(yīng)變實測值與理論值關(guān)系曲線

綜上所述,試驗梁在設(shè)計荷載作用下工作狀態(tài)良好,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度及抗裂性能均滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論與建議

通過對超期存放預(yù)制空心板梁進(jìn)行可靠度評估,得到以下結(jié)論和建議：①本批預(yù)制梁超期存放雖未對預(yù)制梁承載力造成嚴(yán)重的影響,但超期存梁造成預(yù)制梁上拱度均大于設(shè)計控制值,在后期再利用設(shè)計、施工中應(yīng)著重考慮上拱度過大造成的影響,且由于預(yù)制梁存放時間過長,在后期施工中也應(yīng)注意與橋面現(xiàn)澆層由于齡期差別而產(chǎn)生過大收縮差；②預(yù)制梁板超期存放后的起拱度隨時間的延長而增大,主要由偏心預(yù)加力和徐變效應(yīng)引起。在預(yù)制梁存放期,應(yīng)加強(qiáng)其養(yǎng)護(hù)工作,并對預(yù)制梁上拱度進(jìn)行觀測,必要時應(yīng)根據(jù)等效代換原則對預(yù)制梁加載預(yù)壓,控制預(yù)制梁板起拱過大問題；③成橋后應(yīng)進(jìn)行橋梁靜動載試驗,根據(jù)實測荷載橫向分布系數(shù)評定橋梁橫向傳力性能,分析橋梁的橫向聯(lián)系及各片預(yù)制梁的工作狀態(tài),綜合判定成橋后橋梁結(jié)構(gòu)整體承載能力。

[1]張彥山.公路橋梁施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)探討[J].江西建材,2016(06)：238.

[2]秦飛.淺析先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁反拱度理論值與實測值之差異[J].公路.2015(10)：27-29．

[3]李暢.預(yù)制混凝土梁反拱度設(shè)置理論和控制技術(shù)研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2012．

[4]JTG/T J21-2011公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程[S].2011．