靜載試驗(yàn)在某橋梁中的實(shí)踐應(yīng)用

朱先祥，倪福海，丁偉，陳海濤

（1.安徽省中盛建設(shè)工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，安徽 合肥 230051;2.東華理工大學(xué)放射性地質(zhì)與勘探技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330013)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，橋梁已成為人們生活中的重要基礎(chǔ)設(shè)施，由于近年來(lái)不斷有橋梁事故的發(fā)生，橋梁結(jié)構(gòu)的安全性能受到人們的廣泛關(guān)注[1-2]。為了解新建橋梁的結(jié)構(gòu)性能及承載能力，為檢驗(yàn)橋梁設(shè)計(jì)提供依據(jù)，保證運(yùn)營(yíng)時(shí)的安全，需要對(duì)橋梁進(jìn)行檢測(cè)，計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)的性能指標(biāo)，判別相關(guān)性能是否達(dá)到安全通行的要求[3-4]。本文以安徽某新建公路橋?yàn)槔?，依?jù)橋梁荷載試驗(yàn)的相關(guān)規(guī)范，通過(guò)橋梁的靜載試驗(yàn)，并將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論值對(duì)比來(lái)確定該橋的安全性能。

1 工程概況

該工程橋梁為上跨橋分東西兩幅橋布置，單幅橋之間間距1m，采用鏤空布置 (圖 1)。兩幅橋的橋跨布置均為4x30m、35+50+35m、4x30m，共三聯(lián)，全長(zhǎng)360m，每幅橋?qū)?3m，為單向三車(chē)道。主橋35+50+35m主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，中支點(diǎn)處梁高3.0m，跨中梁高1.8m，梁底為二次拋物線變化；4x30m標(biāo)準(zhǔn)段箱梁，主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土等截面連續(xù)箱梁，梁高1.8 m。下部采用雙方柱型橋墩，U型橋臺(tái)；基礎(chǔ)采用承臺(tái)加鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；橋梁兩端引道采用懸臂式擋墻結(jié)構(gòu)。

圖1 橋梁局部圖

試驗(yàn)工況 表1

2 有限元計(jì)算模型建立

采用MIDAS CIVIL[1]有限元分析建立和計(jì)算軟件橋梁模型，將主梁的結(jié)構(gòu)分離和單元?jiǎng)澐植捎每臻g梁?jiǎn)卧Ｐ?，提供的變截面和變截面組截面梁?jiǎn)卧x。變截面和變截面組截面梁?jiǎn)卧恍瓒x變截面段前后兩端的截面，中間截面系統(tǒng)會(huì)按照截面各構(gòu)件尺寸或人工定義的截面特性值按插值自動(dòng)分配。

單元截面按原結(jié)構(gòu)尺寸定義，用CAD繪制單元截面圖，并采用程序中的截面計(jì)算器對(duì)繪制的截面進(jìn)行計(jì)算和導(dǎo)入，并指定給相應(yīng)單元?？紤]現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件，選定橋梁A第二聯(lián)第6/7跨、橋梁B第二聯(lián)第6/7跨和橋梁C第二聯(lián)7/8跨作為試驗(yàn)跨。根據(jù)荷載工況確定測(cè)試截面，縱向利用MIDAS CIVIL有限元軟件建立模型見(jiàn)圖2，按照橋梁影響線施車(chē)輛荷載，選取最不利的加載位置，橫向利用移動(dòng)荷載追蹤器追蹤到車(chē)輛最不利的加載位置。

圖2 橋梁A/B/C立體模型圖

3 靜載試驗(yàn)

3.1 工況選擇和測(cè)點(diǎn)布置

本工程橋梁分3段靜載試驗(yàn)共擬安排3個(gè)試驗(yàn)工況，以檢測(cè)控制截面承受荷載時(shí)的承載能力，試驗(yàn)工況詳見(jiàn)表1與圖3。

圖3 橋梁A/B/C試驗(yàn)截面示意圖

圖4 截面測(cè)點(diǎn)布置圖

圖4(a)中f1、f2為橋梁A(1-1截面)沉降位移測(cè)點(diǎn)，f3、f4為橋梁B同位置測(cè)點(diǎn)；f5、f6為橋梁C同位置測(cè)點(diǎn)。圖4(b)中為三座橋梁最大正彎矩（1-1截面、3-3截面和5-5截面）控制截面箱梁底各布置5個(gè)應(yīng)變片，測(cè)試箱梁在各級(jí)試驗(yàn)荷載作用下的受力狀況，各截面應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置。

3.2 車(chē)輛信息

試驗(yàn)荷載采用后八輪載重貨車(chē)加載，加載車(chē)輛詳細(xì)信息見(jiàn)表2，各工況下車(chē)輛縱向布置見(jiàn)圖5。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在對(duì)應(yīng)變進(jìn)行結(jié)果分析時(shí)，由于使用的儀器將會(huì)直接對(duì)橋梁進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量，為使結(jié)果分析方便，將計(jì)算應(yīng)力值轉(zhuǎn)換成為應(yīng)變值，根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/TJ21-2011）的規(guī)定，靜力荷載試驗(yàn)結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)ξ按公式（1）計(jì)算：

車(chē)輛信息表 表2

圖5 車(chē)輛橫向布置圖

式中：Se是在荷載試驗(yàn)過(guò)程中針對(duì)控制截面所測(cè)得的彈性變位或應(yīng)變數(shù)值，Ss是針對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬理論計(jì)算所得到的計(jì)算變位或應(yīng)變數(shù)值；

靜力荷載試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)相對(duì)殘余變位或相對(duì)殘余應(yīng)變S'P按公式（2）計(jì)算：

式中：SP在荷載試驗(yàn)中對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的控制截面所測(cè)得的殘余變位或殘余應(yīng)變數(shù)值；St是對(duì)應(yīng)于殘余變位或殘余應(yīng)變的實(shí)測(cè)總變位或總應(yīng)變。

從表3中應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)和撓度校驗(yàn)系數(shù)可知，校驗(yàn)系數(shù)基本小于1.0，代表橋梁的實(shí)際狀況要好于理論狀況，此梁承載能力滿(mǎn)足試驗(yàn)加載車(chē)的加載。靜力試驗(yàn)荷載作用下主要測(cè)點(diǎn)的撓度校驗(yàn)系數(shù)值的范圍為0.68～0.70。主橋各個(gè)控制截面的撓度變形實(shí)測(cè)值與理論值結(jié)果的變化規(guī)律一致。實(shí)測(cè)值均小于理論值，說(shuō)明橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度大于計(jì)算剛度[4]。各控制測(cè)量截面的相對(duì)殘余值均在20%范圍內(nèi)，說(shuō)明橋梁的受壓后變形恢復(fù)能力較好，橋梁處于彈性工作狀態(tài)。

橋梁變形評(píng)定表 表3

5 結(jié)語(yǔ)

該橋梁在靜載作用中，主橋各控制截面的撓度和應(yīng)力實(shí)測(cè)值與計(jì)算結(jié)果的變化規(guī)律一致，各工況作用下變形校驗(yàn)系數(shù)在0.68～0.70之間，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.60～0.75之間，說(shuō)明橋梁具有一定的安全儲(chǔ)備；相對(duì)殘余變形在7.45%～9.41%之間，相對(duì)殘余應(yīng)變?cè)?.45%～14.29%之間，說(shuō)明橋梁處于彈性工作狀態(tài)。在高精度全站儀測(cè)量下，測(cè)量的結(jié)構(gòu)殘余變形非常小，說(shuō)明在試驗(yàn)過(guò)程中結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。