缺陷修復(fù)后的40mT梁承載能力評定

張會川　薛紅正　李現(xiàn)科

摘 要：荷載試驗是測定橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工質(zhì)量的有效方法，可以驗證橋梁結(jié)構(gòu)理論與設(shè)計方法，檢測和判斷橋梁結(jié)構(gòu)的實際承載能力。本文通過靜載試驗，對缺陷修復(fù)后的40 m T梁進(jìn)行了承載能力評定。試驗結(jié)果表明，主梁的缺陷修復(fù)不影響該梁的總體承載能力，該梁承載能力滿足正常使用的設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：荷載試驗;承載能力;T梁;缺陷修復(fù)

中圖分類號：U441文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）14-0106-04

Evaluation of Bearing Capacity of 40 m T Beam after Defect Repair

ZHANG Huichuan XUE Hongzheng LI Xianke

（Henan Lite Transportation Engineering Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450015）

Abstract： Load test is an effective method to determine the design and construction quality of bridge structures， which can verify the theory and design methods of bridge structures， and detect and judge the actual bearing capacity of bridge structures. In this paper， through the static load test， the bearing capacity of the 40 m T beam after defect repair was evaluated. The test results show that the defect repair of the main beam does not affect the overall bearing capacity of the beam， which meets the design requirements for normal use.

Keywords： load test;bearing capacity;T beam;defect repair

橋梁荷載試驗的目的是通過加載試驗，記錄橋梁在荷載作用下的結(jié)構(gòu)反應(yīng)，為橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況及承載能力評定和日后養(yǎng)護(hù)、維修、加固的決策提供科學(xué)依據(jù)和支持。梁荷載試驗是一種通過施加荷載對橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的靜、動力特性進(jìn)行現(xiàn)場試驗的檢測方法[1]，一般包括靜載試驗和動載試驗。靜載試驗是通過在橋梁結(jié)構(gòu)上施加與控制荷載等效的靜態(tài)外加荷載，利用檢測儀器設(shè)備測試橋梁結(jié)構(gòu)控制部位與控制截面的力學(xué)效應(yīng)的現(xiàn)場試驗。動載試驗是測試橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在動荷載激振和環(huán)境荷載作用下的受迫振動特性和自振特性的現(xiàn)場試驗。荷載試驗是測定橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工質(zhì)量的有效方法，可以驗證橋梁結(jié)構(gòu)理論與設(shè)計方法，判斷橋梁結(jié)構(gòu)的實際承載能力;當(dāng)對結(jié)構(gòu)承載能力不確定時，可采用荷載試驗的方法進(jìn)行檢測評定。

1 工況概況

某大橋上部結(jié)構(gòu)為1×40 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁，橋梁設(shè)計荷載為公路-Ⅰ級。全橋橫向由6片T梁組成，混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級為C50，T梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖1所示。在梁的預(yù)制過程中，人們發(fā)現(xiàn)，該橋4#梁[L4]截面附近因漏振導(dǎo)致混凝土空洞露筋，后對該處進(jìn)行修補(bǔ)。為了檢測該梁正常使用承載能力是否滿足設(shè)計要求，對該橋4#梁進(jìn)行靜載試驗，測定試驗梁的靜力應(yīng)變和撓度效應(yīng)，并與理論計算值進(jìn)行對比，以評定該梁的承載能力。

2 靜載試驗加載方案

2.1 試驗內(nèi)容與測點布置

試驗主要選擇控制截面測試結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和位移，如圖2所示，選擇預(yù)制T梁三個控制截面（[L4]、[L2]和[3L/4]截面）作為試驗控制斷面，布置位移和應(yīng)變傳感器。由于該試驗梁已架設(shè)于橋上，0#臺處梁底凈空很小，該端支座截面無法布置位移計，故只能在1#臺支點截面位置處布置位移計以測試試驗荷載作用下的支點沉降。混凝土應(yīng)變計和位移計測點布置如圖3所示，全梁截面實際共布置數(shù)碼應(yīng)變計18個、數(shù)碼位移計8個。

2.2 試驗荷載與加載方式

利用橋梁有限元分析軟件Midas/Civil程序，采用梁格法，對整體進(jìn)行分析，設(shè)計荷載為公路-Ⅰ級。測試梁為該橋4#T梁，4#梁跨中截面性質(zhì)為：[IT]=0.025 34 m4，[I]=0.825 0 m4，[y中]=1.399 m，[A]=1.316 8 m2;計算跨徑為[L]=38.6 m，梁高為2.5 m?；炷翉椥阅Ａ縖Ec]=3.45×104MPa。按2車道考慮車輛活載，可以計算出（4#中梁），汽車活載的最大橫向分配系數(shù)為0.391，沖擊系數(shù)[μ]=0.195。二期恒載計入橋面鋪裝、護(hù)欄、濕接縫等荷載，按每片梁均分二期恒載，計算每片梁的二期線荷載為12.48 kN/m。車道活載為公路-Ⅰ級：集中力為314.4 kN，均布荷載為10.5 kN/m，考慮沖擊系數(shù)。經(jīng)計算，跨中[L2]截面控制彎矩為4 185.70 kN·m，最大位移為-18.801 mm。

單梁荷載試驗在簡支梁模式下加載，受現(xiàn)場條件限制，采用單點加載，試驗加載方式如圖4所示。按照規(guī)范要求，加載效率應(yīng)保持在0.95～1.05。根據(jù)跨中截面影響線，按照試驗荷載布置進(jìn)行加載，單點加載力[P]=4 185.70×4/38.6=433.75 kN，控制加載效率為1.0。集中力采用千斤頂加載，在[L2]處試驗梁頂面用細(xì)沙找平，上鋪鋼板，千斤頂放置在鋼板上，正對T梁中心位置。用另外一片40 m T梁作為千斤頂施加荷載的反力支承點，千斤頂上面墊鋼板，依靠T梁的自重提供千斤頂?shù)姆戳Α?/p>

（a） 試驗加載側(cè)面圖

（b） 試驗加載正面圖

2.3 試驗儀器與測試方法

試驗混凝土應(yīng)變采用HY65數(shù)碼應(yīng)變傳感器及數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，混凝土應(yīng)變計為測試元件，測試范圍為（-1 500～+1 500）με，最小讀數(shù)為0.1 με，進(jìn)行自動采樣，自動記錄附加人工記錄。支點沉降和撓度采用量程為50 mm的HY65數(shù)碼位移傳感器作為測試元件，進(jìn)行自動采樣，自動記錄附加人工記錄。集中力[P0]加載采用油壓千斤頂，電動油泵加壓，人工通過標(biāo)定過的壓力表控制加載和卸載。在試驗過程中，每施加一級荷載穩(wěn)定5 min后讀數(shù)，之后每間隔5 min讀數(shù)一次，待最后一個5 min讀數(shù)的變化量小于前一個的5 min增量的25%時，認(rèn)為已相對穩(wěn)定，即可施加下一級荷載，直至荷載達(dá)到最大試驗荷載，卸載也是如此，試驗荷載分級加載如表1所示。

試驗過程中發(fā)生下列情況之一時，即終止試驗：荷載達(dá)到預(yù)定的最大荷載;加載梁出現(xiàn)較大位移，有可能發(fā)生安全問題;加載設(shè)備出現(xiàn)異常情況;測試元件出現(xiàn)異常;出現(xiàn)其他影響試驗繼續(xù)正常進(jìn)行的情況。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 位移測試結(jié)果與分析

位移測點在各級加載下的位移測試值匯總結(jié)果如表2所示。表中，位移符號定義如下：下?lián)蠟樨?fù)，上拱為正。各控制截面對支座沉降修正后，實測位移、理論值和校驗系數(shù)如表2所示。在試驗荷載作用下，該梁各測點的撓度校驗系數(shù)保持在0.48～0.64，最大撓度校驗系數(shù)為0.64，小于《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）中規(guī)定的限值1.0[2]，表明該梁剛度滿足設(shè)計要求;該梁相對殘余變位最大值為6.62%，小于規(guī)定的限值20%，說明該梁在試驗荷載下處于彈性工作狀態(tài)。

在各級荷載作用下，主梁荷載-位移曲線如圖5所示，此時，位移曲線形狀與理論位移曲線形狀基本一致，受荷載變化規(guī)律影響，[L4]、[L2]和[3L/4]截面的位移與理論值基本符合;在最大荷載作用下，全梁荷載-位移曲線呈中心對稱，呈拋物線形，符合彈性理論計算的結(jié)果，說明該梁在試驗荷載作用下處于彈性狀態(tài)。

3.2 應(yīng)變測試結(jié)果與分析

取試驗荷載下[L4]、[L2]和[3L/4]截面底板下緣2個應(yīng)變實測值的平均值與計算理論值比較，計算其校驗系數(shù)，結(jié)果如表3所示。該梁測試截面各測點的應(yīng)變校驗系數(shù)范圍為0.64～0.72，小于《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）中規(guī)定的限值1.0，表明結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足設(shè)計要求。該梁應(yīng)變相對殘余比最大值為7.30%，小于規(guī)定的限值20%，說明該梁在試驗荷載下處于彈性工作狀態(tài)。

3.3 中性軸測試結(jié)果

根據(jù)[L2]截面混凝土應(yīng)變，推算[L2]截面梁的中性軸位置，如圖6所示。由圖6可知，中性軸位于1.3～1.5 m區(qū)間，與理論計算中性軸位置1.399 m基本相符。

3.4 裂縫及病害觀測

在T梁靜載試驗過程中，觀測關(guān)鍵截面和關(guān)鍵位置裂縫開展情況，試驗過程中未發(fā)現(xiàn)裂縫開展現(xiàn)象;對[L4]截面混凝土空洞露筋修復(fù)區(qū)域進(jìn)行重點觀察，修復(fù)區(qū)域未見病害開展;試驗加載過程中，結(jié)果穩(wěn)定，未見異?，F(xiàn)象，試驗加載過程安全[3-4]。

4 結(jié)論

荷載試驗是測定橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工質(zhì)量的有效方法，不盡可以驗證橋梁結(jié)構(gòu)理論與設(shè)計方法，還可以檢測和判斷橋梁結(jié)構(gòu)的實際承載能力。本文通過靜載試驗對缺陷修復(fù)后的40 m T梁進(jìn)行了承載能力評定，試驗結(jié)果表明：在試驗荷載作用下，該梁的位移曲線形狀與理論位移曲線形狀基本符合，位移校驗系數(shù)介于0.48～0.64，小于1.0，說明該梁剛度滿足設(shè)計要求;在試驗荷載作用下，該梁各控制截面測點的應(yīng)變校驗系數(shù)介于0.64～0.72，小于1.0，說明該梁強(qiáng)度滿足設(shè)計要求;該梁位移相對殘余比、應(yīng)變相對殘余比最大值均不超過20%，說明該梁在試驗荷載下處于彈性工作狀態(tài)。本次試驗實測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果表明，主梁的缺陷修復(fù)不影響該梁的總體承載能力，該梁承載能力滿足正常使用的設(shè)計要求。

參考文獻(xiàn)：

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