基于靜載試驗(yàn)?zāi)砊梁引橋的受力狀態(tài)研究*

郭世迪，張 劍，劉 華，王京杭，楊 濤，王 永，趙新銘

(1.南京航空航天大學(xué)，江蘇 南京 210016；2.中鐵大橋(南京)橋隧診治有限公司，江蘇 南京 210031；3.中國(guó)電建市政建設(shè)集團(tuán)有限公司，天津 300384)

橋梁荷載試驗(yàn)最基本的目的是了解橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)，檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)整體的施工質(zhì)量與受力性能，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的正常使用性能、強(qiáng)度、剛度、裂縫等各項(xiàng)指標(biāo)做出全面的評(píng)價(jià)，并對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力做出科學(xué)的評(píng)估，為橋梁交工驗(yàn)收提供重要的科學(xué)依據(jù)以及為橋梁的管養(yǎng)維護(hù)提供合理的建議[1-3]。橋梁荷載試驗(yàn)對(duì)于既有橋梁，特別是修建時(shí)間較長(zhǎng)、已無(wú)法查找到原設(shè)計(jì)、施工和竣工資料的橋梁，通過(guò)荷載試驗(yàn)可以評(píng)估橋梁實(shí)際的使用性能和承載能力，為既有橋梁的繼續(xù)安全使用、養(yǎng)護(hù)、加固、改建或限載提供科學(xué)的依據(jù)。雖然目前根據(jù)荷載試驗(yàn)的特點(diǎn)與目的衍生出一些評(píng)定橋梁承載能力的新方法，但是實(shí)踐起來(lái)卻不太理想[4-6]。盡管荷載試驗(yàn)具有耗時(shí)費(fèi)力、花費(fèi)巨大的人力物力以及中斷交通等缺點(diǎn)，但無(wú)論是新橋(尤其是新結(jié)構(gòu)、大跨徑橋梁)的交工驗(yàn)收還是既有橋梁的承載能力評(píng)定，荷載試驗(yàn)都起著重要的、不可替代的作用。對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)承載能力最有效、最直接和最有說(shuō)服力的還是橋梁荷載試驗(yàn)，其作用與效果亦是其他方法和手段無(wú)法替代的[7-8]。選取試驗(yàn)荷載類(lèi)型，根據(jù)目前實(shí)際運(yùn)營(yíng)狀況和橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)，確定試驗(yàn)荷載等級(jí)，同時(shí)確定加載工況、加載位置和加載步驟。根據(jù)試驗(yàn)荷載下所考察測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)值與理論值的比較，對(duì)實(shí)橋的實(shí)際工作狀態(tài)進(jìn)行評(píng)定，對(duì)結(jié)構(gòu)的受力性能展開(kāi)研究。

1 T梁資料

T梁引橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1)，梁體混凝土強(qiáng)度為400級(jí)，為預(yù)應(yīng)力混凝土梁。高強(qiáng)鋼絲極限強(qiáng)度為1 500 MPa。公路引橋橫橋向由9片T梁組成，T梁中心距為2.15 m，引橋T梁高1.8 m，上翼緣板厚度為18 cm。橫橋向總寬20 m，行車(chē)道寬度為15 m，兩側(cè)人行道各寬2.5 m。制造過(guò)程中為了減少曲線部分梁體類(lèi)型，梁片間不設(shè)中間橫隔板，簡(jiǎn)化模板構(gòu)造，僅梁端部設(shè)置橫隔板。T梁跨中截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示，橋梁靜載試驗(yàn)變形測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示。

圖1 T梁引橋結(jié)構(gòu)圖(單位為cm)

圖2 引橋T梁跨中截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置(單位為cm)

圖3 T梁引橋變形測(cè)點(diǎn)布置(單位為cm)

2 靜載試驗(yàn)及分析

根據(jù)荷載技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為公路汽-18，采用重約300 kN的載重汽車(chē)作為試驗(yàn)荷載進(jìn)行加載。此次調(diào)查的試驗(yàn)車(chē)輛參數(shù)如圖4所示?？缰薪孛孀畲笳龔澗仄募虞d，測(cè)試截面應(yīng)力和變形。測(cè)試截面的試驗(yàn)加載值為1 297.9 kN·m，設(shè)計(jì)計(jì)算值為1 313.3 kN·m，試驗(yàn)效率為0.99。T梁橋測(cè)試截面靜力試驗(yàn)荷載效率介于0.95～1.05，滿足試驗(yàn)規(guī)程要求。

圖4 靜載試驗(yàn)加載車(chē)輛

T梁橋跨中截面的最大正彎矩偏心加載工況如圖5所示。

圖5 T梁橋靜載試驗(yàn)輪位布置圖(單位為cm)

2.1 應(yīng)變測(cè)試分析

T梁跨中截面偏載應(yīng)變實(shí)測(cè)值見(jiàn)表1，其中帶“*”號(hào)的為主要測(cè)點(diǎn)。

表1 T梁跨中截面偏載應(yīng)變實(shí)測(cè)值

因此T梁在跨中最大正彎偏載作用下，除去個(gè)別數(shù)據(jù)失效或異常，梁底部的混凝土主要測(cè)點(diǎn)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)為0.45～0.75，均<1，表明該截面實(shí)際工作狀態(tài)要好于理論狀況，靜力強(qiáng)度滿足要求。

試驗(yàn)荷載卸除后，結(jié)構(gòu)無(wú)相對(duì)殘余應(yīng)變或相對(duì)殘余應(yīng)變較小，<20%，表明結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)為彈性。

2.2 撓度測(cè)試分析

T梁跨中截面偏載撓度實(shí)測(cè)值見(jiàn)表2，其中帶“*”號(hào)的為主要測(cè)點(diǎn)。

表2 T梁跨中截面偏載撓度實(shí)測(cè)值

因此靜力荷載作用下，橋梁跨中截面主要測(cè)點(diǎn)最大變形為4.41 mm(相應(yīng)理論計(jì)算值為12.76 mm)，所有主要測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)變形值均小于理論計(jì)算值。主要測(cè)點(diǎn)變形校驗(yàn)系數(shù)為0.34～0.42，均<1。卸載后，主要測(cè)點(diǎn)殘余變形率均<20%，表明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

各片T梁實(shí)測(cè)與計(jì)算的位移橫向分布對(duì)比如圖6所示。

圖6 各片T梁實(shí)測(cè)與計(jì)算的位移橫向分布對(duì)比圖

由圖6可知，實(shí)測(cè)荷載橫向分布曲線與理論計(jì)算曲線規(guī)律基本一致，也說(shuō)明了T梁的橫向受力性能良好。

3 結(jié)語(yǔ)

以某T梁引橋?yàn)閷?duì)象，設(shè)計(jì)了靜載試驗(yàn)和數(shù)據(jù)測(cè)試系統(tǒng)，并對(duì)應(yīng)變和撓度測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。在試驗(yàn)過(guò)程中，T梁在跨中最大正彎偏載作用下，梁底部的混凝土主要測(cè)點(diǎn)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)為0.45～0.75，均<1，表明該截面實(shí)際工作狀態(tài)要優(yōu)于理論狀況，靜力強(qiáng)度滿足要求。試驗(yàn)荷載卸除后，結(jié)構(gòu)無(wú)相對(duì)殘余應(yīng)變或相對(duì)殘余應(yīng)變較小，<20%，表明結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)為彈性。同時(shí)變形測(cè)試結(jié)果也說(shuō)明了T梁結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。本文測(cè)試分析方法可供其余相應(yīng)工程分析參考。