渡槽結(jié)構(gòu)安全鑒定中的結(jié)構(gòu)靜力應(yīng)變試驗(yàn)案例

曹增龍，韓賢權(quán)，王義德

(1.湖北正平水利水電工程質(zhì)量檢測有限公司，湖北 武漢 430070；2.長江水利委員會(huì)長江科學(xué)院，湖北 武漢 430010；3.湖北金浪勘察設(shè)計(jì)有限公司，湖北 武漢 430070)

某渡槽位于湖北省境內(nèi)，是所在地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉和生態(tài)用水系統(tǒng)的重要組成部分，建成于1975年，橫跨京廣鐵路線、當(dāng)?shù)啬承『恿髋c某市政道路，已經(jīng)運(yùn)行了40年。目前，該渡槽出現(xiàn)混凝土老化、鋼筋出露等問題，渡槽輸水時(shí)有多處嚴(yán)重滲漏癥狀。由于該渡槽所在區(qū)域已被劃入城市開發(fā)區(qū)范圍，主管部門需要論證繼續(xù)維護(hù)使用該渡槽。

1 結(jié)構(gòu)概況

該渡槽由44跨組成，全長705.7m，縱坡1/705.7，設(shè)計(jì)流量12m3/s。第1～11跨共計(jì)11跨總長204.1m，各跨長度不等，采用鋼筋混凝土矩形槽結(jié)構(gòu)，槽寬2.7m，槽深2.2m；第10跨槽段橫跨京廣鐵路，為雙懸臂結(jié)構(gòu)，簡支支座形式，該槽段單節(jié)長40.0m，其中支座間距26.0m，兩頭懸臂各為7.0m。第12～44跨共計(jì)33跨總長501.6m，均為標(biāo)準(zhǔn)跨度15.2m，采用鋼筋混凝土U型槽結(jié)構(gòu)，槽寬2.7m，槽深2.2m，直墻段高1.2m。

該渡槽結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀如圖1所示，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖1 某渡槽結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀照片

圖2 某渡槽結(jié)構(gòu)示意圖(單位：m)

2 試驗(yàn)方案

該渡槽安全鑒定的結(jié)構(gòu)靜力應(yīng)變試驗(yàn)的目的是獲得渡槽在輸水工況(靜力狀態(tài)范疇)下結(jié)構(gòu)的應(yīng)變變化情況，以此作為判斷當(dāng)前渡槽結(jié)構(gòu)承載能力的依據(jù)，為確保結(jié)構(gòu)安全，并考慮所在灌溉系統(tǒng)實(shí)際過流能力，本次試驗(yàn)加載的最大水深定為1.0m。

由于矩形槽段和U型槽段距離較遠(yuǎn)，中間間隔鐵路線和當(dāng)?shù)啬承『恿?，且本次加載水位不高，因此將結(jié)構(gòu)的響應(yīng)近似視為線彈性響應(yīng)，在卸載過程中采集矩形槽段的應(yīng)變響應(yīng)，在加載過程中采集U型槽段的應(yīng)變響應(yīng)。

結(jié)構(gòu)應(yīng)變檢測對象選取第10跨槽段雙懸臂矩形槽段(跨間長度26m)和第27槽段標(biāo)準(zhǔn)U型槽段(跨間長度15m)共計(jì)2段作為對象，將跨間距離6等分的5個(gè)等分?jǐn)嗝嬖O(shè)置為試驗(yàn)斷面，每個(gè)斷面在左右邊墻上各設(shè)2個(gè)檢測點(diǎn)(對稱設(shè)置)，共4個(gè)檢測點(diǎn)。

本次試驗(yàn)應(yīng)變片布置情況如圖3所示，應(yīng)變片粘貼位置示意圖如圖4—5所示。

圖3 某渡槽結(jié)構(gòu)靜力應(yīng)變試驗(yàn)實(shí)際應(yīng)變片布置情況

圖4 某渡槽結(jié)構(gòu)靜力應(yīng)變試驗(yàn)斷面順?biāo)v向位置示意圖

圖5 某渡槽結(jié)構(gòu)靜力應(yīng)變試驗(yàn)斷面應(yīng)變片布置示意圖

3 所用主要儀器設(shè)備

輸水工況下，水流荷載變化緩慢，且數(shù)據(jù)采集端的應(yīng)變片接觸水流，因此其精度要求較高，且粘貼布置要求也很苛刻。該渡槽結(jié)構(gòu)靜力應(yīng)變試驗(yàn)采用日本東京測器研究所研制生產(chǎn)的TDS- 530應(yīng)變數(shù)據(jù)采集器，同時(shí)采用日本東京測器研究所研制生產(chǎn)的WFCA- 3- 17雙向正交應(yīng)變片。從本次試驗(yàn)來看，仍發(fā)生了2處應(yīng)變片由于水流沖擊或浮游雜物撞擊導(dǎo)致應(yīng)變片脫落或損壞，因此應(yīng)重視應(yīng)變片粘貼工作。

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

該渡槽結(jié)構(gòu)靜力應(yīng)變試驗(yàn)現(xiàn)場如圖6所示，第10槽段(矩形槽段)與第27槽段(U形槽段)各個(gè)檢測斷面的應(yīng)變數(shù)據(jù)峰值分析如圖7—8所示。

圖6 某渡槽結(jié)構(gòu)靜力應(yīng)變試驗(yàn)現(xiàn)場

圖7 某渡槽第10跨槽段(矩形槽段)加載時(shí)各檢測斷面結(jié)構(gòu)應(yīng)變峰值

圖8 某渡槽第27跨槽段(U形槽段)加載時(shí)各檢測斷面結(jié)構(gòu)應(yīng)變峰值

從圖7—8可以看出，第10槽段(矩形槽段)與第27槽段(U形槽段)在承受水荷載后，結(jié)構(gòu)內(nèi)表面以受拉為主，大部分檢測點(diǎn)的應(yīng)變都在100με以內(nèi)，對于常規(guī)混凝土材料而言應(yīng)變響應(yīng)在正常范圍內(nèi)。

第10跨槽段(矩形槽段)和第27跨槽段(U型槽段)的響應(yīng)峰值分別出現(xiàn)在J4- 4的豎直方向(-143με取絕對值為143με)和U3- 2的豎直方向(118με)，從響應(yīng)峰值看，渡槽結(jié)構(gòu)的個(gè)別部位在1.0m水深的荷載作用下拉應(yīng)變已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)水平，將渡槽運(yùn)行輸水水深限制在1.0m內(nèi)是適宜的。

5 結(jié)語

隨著我國20世紀(jì)建成運(yùn)行的大量渡槽老化損傷日益嚴(yán)重，渡槽運(yùn)行安全愈加難以保證。本文基于現(xiàn)場試驗(yàn)檢測結(jié)果，通過分析該渡槽結(jié)構(gòu)靜力應(yīng)變數(shù)據(jù)，得出了正常范圍內(nèi)其靜力應(yīng)變值在渡槽現(xiàn)狀狀態(tài)下控制輸水流量(水深)必要性以及張貼采集應(yīng)變片要選擇高精度的應(yīng)變片的必要性。該工程實(shí)例渡槽結(jié)構(gòu)靜力應(yīng)變及張貼高精度采集片提供了一種使用可行的實(shí)踐實(shí)例，為同類工程的安全鑒定提供一定的參考。