荷載試驗(yàn)在連續(xù)鋼箱梁橋竣工驗(yàn)收中的應(yīng)用

李明亮

【摘? 要】隨著我國(guó)公路交通事業(yè)的大力發(fā)展，新建橋梁數(shù)量迅速猛增，本文介紹了荷載試驗(yàn)的含義、目的、內(nèi)容及過(guò)程，結(jié)合對(duì)太原市某新建三跨連續(xù)鋼箱梁橋靜載試驗(yàn)成果進(jìn)行分析，從而對(duì)橋梁竣工驗(yàn)收做出客觀而準(zhǔn)確的評(píng)定，并探討荷載試驗(yàn)在連續(xù)鋼箱梁橋竣工驗(yàn)收中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】荷載試驗(yàn);連續(xù)鋼箱梁;竣工驗(yàn)收;應(yīng)用

引言

荷載試驗(yàn)是橋梁竣工驗(yàn)收時(shí)了解新建橋梁在荷載作用下的工作狀況，檢驗(yàn)實(shí)際承載能力能否滿足設(shè)計(jì)要求的一種判定手段。測(cè)試橋梁結(jié)構(gòu)控制截面及控制測(cè)點(diǎn)在試驗(yàn)實(shí)際工況荷載作用下的應(yīng)力和位移等內(nèi)容，據(jù)此評(píng)價(jià)橋梁否滿足設(shè)計(jì)要求，為質(zhì)量監(jiān)督部門(mén)驗(yàn)收提供依據(jù)。

1荷載試驗(yàn)概述

荷載試驗(yàn)?zāi)壳笆切陆蛄汗こ炭⒐を?yàn)收一種最直接、最有效的檢測(cè)方法，在新建橋梁投入運(yùn)營(yíng)之前，通常需要通過(guò)荷載試驗(yàn)來(lái)測(cè)試橋梁各控制截面在試驗(yàn)荷載作用下的應(yīng)變和位移等內(nèi)容，同時(shí)分析結(jié)構(gòu)應(yīng)變（或位移）校驗(yàn)系數(shù)和相對(duì)殘余應(yīng)變（或位移）等相關(guān)參數(shù)來(lái)判斷結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)是否滿足設(shè)計(jì)要求，為橋梁竣工驗(yàn)收提供依據(jù)。本文主要探討靜載試驗(yàn)在連續(xù)鋼箱梁橋竣工驗(yàn)收中的應(yīng)用。

2工程概況

該橋?yàn)橐蛔邕B續(xù)鋼箱梁橋，跨徑布置為30.0m+35.0m+30.0m。上部結(jié)構(gòu)采用等高分離式雙箱連續(xù)鋼梁結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)箱梁采用Q345qD鋼材，橋墩采用啞鈴型橋墩，P1、P4橋墩上方設(shè)置雙排四支座，P2、P3橋墩上方設(shè)置單排雙支座，支座均采用球形鋼支座，該橋橋面總寬為11.6m～9.0m，橋面兩側(cè)采用鋼板焊接成型的防撞護(hù)欄。該橋設(shè)計(jì)荷載為城-B級(jí)。為檢驗(yàn)該橋施工質(zhì)量，對(duì)該橋進(jìn)行靜載試驗(yàn)，為質(zhì)量監(jiān)督部門(mén)對(duì)該橋進(jìn)行驗(yàn)收提供資料。

3主要構(gòu)件編號(hào)說(shuō)明

為便于說(shuō)明，對(duì)橋梁的主要構(gòu)件進(jìn)行編號(hào)，橋墩依次編號(hào)為P1～P4，2-1#箱梁表示第2跨由南向北數(shù)第1片箱梁。

4靜載試驗(yàn)

4.1 上部結(jié)構(gòu)基本信息

該橋跨徑布置為30.0m+35.0m+30.0m，鋼主梁采用Q345qD正交異性橋面板鋼箱梁，中心梁高2.0m，頂板與底板平行，梁頂寬11.6m～9.0m，箱梁兩側(cè)翼板寬為1.5m、底寬2.0m，箱梁兩側(cè)邊箱腹板間距4.6m～2.0m，腹板平行于箱梁中心線，箱梁間橫隔板采用實(shí)腹式形式。

4.2 試驗(yàn)測(cè)試截面及測(cè)點(diǎn)布置

4.2.1 試驗(yàn)測(cè)試截面布置

根據(jù)該橋的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，本次試驗(yàn)各跨測(cè)試截面位置。

4.2.2 試驗(yàn)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置

測(cè)點(diǎn)應(yīng)變測(cè)試采用振弦式應(yīng)變采集儀配合振弦式應(yīng)變計(jì)，1-1、2-2及3-3測(cè)試截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置示意。

4.2.3 試驗(yàn)撓度測(cè)點(diǎn)布置

撓度測(cè)試采用徠卡TS50自動(dòng)巡檢全站儀配合徠卡L型棱鏡，1-1及2-2測(cè)試截面撓度測(cè)點(diǎn)布置示意。

4.2.4 支點(diǎn)變形測(cè)點(diǎn)布置

由于該橋自重較輕，在荷載試驗(yàn)時(shí)，梁端可能出現(xiàn)翹起現(xiàn)象，因此，一個(gè)橋墩上橫向兩個(gè)支座可能出現(xiàn)一個(gè)支座脫空的現(xiàn)象。為檢驗(yàn)該橋鋼箱梁在靜載試驗(yàn)過(guò)程中是否出現(xiàn)上述現(xiàn)象，本次靜載試驗(yàn)在各橋墩上方支座處梁底布置L型棱鏡，測(cè)試支座的壓縮變形量，以此判斷在試驗(yàn)過(guò)程中橋墩上方支座是否出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。

4.2.5 焊縫處應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置

在主梁與橫梁焊接處，跨焊縫布設(shè)振弦式應(yīng)變計(jì)，通過(guò)鋼弦應(yīng)變計(jì)應(yīng)變值變化來(lái)判別焊縫在試驗(yàn)荷載下是否產(chǎn)生開(kāi)裂。

4.3 試驗(yàn)荷載

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，本次采用4輛三軸載重車作為施加荷載。試驗(yàn)車的相關(guān)技術(shù)參數(shù)和載重明細(xì)見(jiàn)表1。

4.4 靜載效率系數(shù)

由于該橋?yàn)樾陆蛄?，根?jù)規(guī)范規(guī)定，應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)收性荷載試驗(yàn)，故該橋靜載試驗(yàn)效率系數(shù)取值應(yīng)在0.85～1.05之間。

該橋設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為城-B級(jí)，采用橋梁計(jì)算軟件建立該橋上部結(jié)構(gòu)主梁模型進(jìn)行計(jì)算分析。該橋上部結(jié)構(gòu)主梁各測(cè)試截面靜載試驗(yàn)效率系數(shù)見(jiàn)表2。

由上表可知，本次靜載試驗(yàn)上部結(jié)構(gòu)主梁各測(cè)試截面效率在0.95～1.00之間，均滿足規(guī)范規(guī)定的要求。

4.5 試驗(yàn)加載方案

通過(guò)理論計(jì)算得到測(cè)試截面活載影響線，并由測(cè)試截面影響線按照荷載效應(yīng)等效及最不利布載原則進(jìn)行加載車載位布置。

1-1測(cè)試截面（東邊跨最大正彎矩）和3-3測(cè)試截面（中墩支點(diǎn)最大負(fù)彎矩）的加載位置;2-2測(cè)試截面（中跨跨中最大正彎矩）的加載位置。對(duì)每種工況均逐車分級(jí)加載，按圖中的標(biāo)號(hào)順序依次加載。

4.6 試驗(yàn)成果及分析

4.6.1 主梁應(yīng)變實(shí)測(cè)值及校驗(yàn)系數(shù)

試驗(yàn)荷載作用下，1-1測(cè)試截面（東邊跨最大正彎矩）箱梁應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)為0.69～0.95;2-2測(cè)試截面（中跨跨中最大正彎矩）箱梁應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)為0.79～0.97;3-3測(cè)試截面（中墩支點(diǎn)最大負(fù)彎矩）箱梁應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.72～1.00之間。試驗(yàn)結(jié)果表明，各控制測(cè)點(diǎn)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)均未超過(guò)1，表明該橋上部結(jié)構(gòu)主梁當(dāng)前能夠滿足設(shè)計(jì)城-B級(jí)荷載的正常使用要求。

4.6.2 主梁撓度實(shí)測(cè)值及校驗(yàn)系數(shù)

試驗(yàn)荷載作用下，1-1測(cè)試截面（東邊跨最大正彎矩）及2-2測(cè)試截面（中跨跨中最大正彎矩）箱梁撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.84～0.95，均小于1，表明該橋上部結(jié)構(gòu)主梁當(dāng)前能夠滿足設(shè)計(jì)城-B級(jí)荷載的正常使用要求。

4.6.3 結(jié)構(gòu)相對(duì)殘余變形

試驗(yàn)荷載作用下，邊跨箱梁最大正彎矩測(cè)試截面梁底應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余變形為2.3%～7.4%，梁底撓度測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余變位為3.2%和18.8%;中跨箱梁最大正彎矩測(cè)試截面梁底應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余變形為3.6%～5.3%，梁底撓度測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余變位為1.0%和4.0%;中支點(diǎn)最大負(fù)彎矩測(cè)試截面各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變相對(duì)殘余變形在0～8.2%之間，相對(duì)殘余應(yīng)變（變位）滿足規(guī)范規(guī)定的相對(duì)殘余應(yīng)變（變位）不宜大于20%的要求，表明該橋上部結(jié)構(gòu)主梁彈性工作狀況較好。

4.6.4 支座豎向壓縮變形量測(cè)試

在試驗(yàn)荷載作用下，未發(fā)現(xiàn)支座存在明顯翹曲現(xiàn)象，實(shí)測(cè)橋墩支座豎向最大壓縮變形為2.7mm;支座向上的最大相對(duì)變形（主梁上翹）為1.0mm，試驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中檢測(cè)人員對(duì)支座檢查未發(fā)現(xiàn)有脫空現(xiàn)象，支座仍處于受壓狀態(tài)，表明支座受力均正常。

4.6.5 焊縫處應(yīng)變測(cè)試

在試驗(yàn)荷載作用下，焊縫處振弦式應(yīng)變計(jì)應(yīng)變值無(wú)明顯突變，同時(shí)試驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中技術(shù)人員觀察主梁與橫梁錯(cuò)臺(tái)焊縫未發(fā)現(xiàn)焊縫有開(kāi)裂現(xiàn)象，表明焊縫受力性能較好。

4.7 靜載試驗(yàn)結(jié)論

在試驗(yàn)荷載作用下，連續(xù)箱梁應(yīng)變測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)介于0.69～1.00之間，撓度測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)介于0.84～0.95之間，均小于1，表明實(shí)際工作狀況要好;連續(xù)箱梁應(yīng)變測(cè)點(diǎn)相對(duì)殘余變形介于0～8.2%之間，梁底撓度測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余變位介于1.0%～18.8%之間，均小于20%，表明該橋上部結(jié)構(gòu)主梁彈性工作狀況較好。在各試驗(yàn)工況下，支座未發(fā)現(xiàn)有脫空，支座處于受壓狀態(tài)，表明支座受力正常。在試驗(yàn)荷載作用下，焊縫處振弦式應(yīng)變計(jì)應(yīng)變值無(wú)明顯突變，焊縫未發(fā)現(xiàn)有開(kāi)裂現(xiàn)象，表明焊縫受力性能較好。

綜上所述，該橋在相當(dāng)于設(shè)計(jì)荷載城-B級(jí)的試驗(yàn)荷載作用下，上部結(jié)構(gòu)各測(cè)試截面控制測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)變、撓度校驗(yàn)系數(shù)均不大于1，主梁豎向剛度良好，滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，表明該橋能夠滿足設(shè)計(jì)城-B級(jí)荷載等級(jí)的安全使用要求。

結(jié)束語(yǔ)

總之，對(duì)于一些新建的橋梁，有必要通過(guò)實(shí)橋荷載試驗(yàn)檢測(cè)來(lái)確定橋梁的實(shí)際承載能力，通過(guò)分析試驗(yàn)結(jié)果來(lái)確定是否滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)把試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果作為評(píng)定工程質(zhì)量的主要資料，另外，新建橋梁竣工驗(yàn)收荷載試驗(yàn)可以幫助工程師們理解活荷載作用下的橋梁的正常使用和極限狀態(tài)行為驗(yàn)證原來(lái)分析得到的有關(guān)荷載分布、應(yīng)力水平和變形的假設(shè)。

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（作者單位：上海同豐工程咨詢有限公司）