某公路橋靜載試驗(yàn)與分析

□□ 祝 清

(湖南博聯(lián)檢測工程有限公司，湖南 常德 415000)

1 項(xiàng)目簡介

為確保橋梁在正常營運(yùn)時的使用安全，有必要對橋梁結(jié)構(gòu)特性、工作狀態(tài)等進(jìn)行檢測，綜合分析判斷該橋結(jié)構(gòu)的承載能力與使用要求、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是否相符。某公路橋位于道路K1+470處，河流走向與道路前進(jìn)方向斜交，斜交角度為45°，河道垂直寬度約為60 m。該公路橋?yàn)橹骺鐬?×30 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，兩側(cè)設(shè)置裙板裝飾的景觀橋。全橋橫向分為三部分：兩側(cè)的車行橋和中央的管線橋。橋全長為127.114 m，單幅橋橫斷面形式為：3.0 m的人行道、6.5 m的非機(jī)動車道與單位車輛進(jìn)出車道、11.5 m的機(jī)動車道、0.5 m的防撞墻、0.5 m的花槽，共22 m。管線橋全長為120 m，橋?qū)挒?.8 m。

主梁采用單箱五室截面，梁高為1.8 m，懸臂長為2.5 m?？缰邢淞喉敯搴駷?2 cm，底板厚為20 cm，腹板厚為40 cm；根部加厚段頂板厚度逐漸過渡至45 cm，腹板厚度自40 cm逐漸過渡到60 cm。中橫隔板厚為2.5 m，邊橫隔板為1.5 m。橋梁布置如圖1和圖2所示。

圖1 橋梁照片

圖2 立面布置圖

2 靜載試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)工況

試驗(yàn)前對全橋主梁外觀進(jìn)行檢查[1]，最終選擇左幅的第一、二孔作為此次靜載試驗(yàn)的試驗(yàn)跨。工況及測試內(nèi)容見表1。

表1 靜載試驗(yàn)工況及測試內(nèi)容

2.2 試驗(yàn)荷載

參照CJJ 11—2011《城市橋梁設(shè)計規(guī)范(2019年版)》[2]，該橋梁設(shè)計荷載為：汽車荷載取城市-A級；人群荷載取3.5 kN/m2。此次靜載試驗(yàn)是通過加載車輛的方式開展，試驗(yàn)荷載按照靜載效率系數(shù)換算得到，并考慮加載車輛的來源以及試驗(yàn)時加載車輛容易調(diào)頭等因素[2-3]。

2.3 加載及卸載程序

(1)預(yù)加載。正式加載前，對試驗(yàn)橋跨進(jìn)行預(yù)壓，以消除非彈性變形的影響。

(2)加、卸載。分2級加載，加載速度≯5 km/h，然后2級卸載到零荷載。每施加一級荷載，持荷20 min，記錄各測點(diǎn)變形及應(yīng)變；當(dāng)荷載加至最大試驗(yàn)荷載后，持荷30 min或梁體下?lián)稀?.1 mm/min，記錄各測點(diǎn)的變形及應(yīng)變，并檢查梁體是否有裂縫產(chǎn)生。

(3)為了保證試驗(yàn)質(zhì)量，荷載試驗(yàn)選擇在氣溫變化在5 ℃以內(nèi)和結(jié)構(gòu)溫度趨于穩(wěn)定的時間間隔內(nèi)進(jìn)行[4]。

2.4 試驗(yàn)終止條件

當(dāng)試驗(yàn)過程中發(fā)生下列情況應(yīng)中途停止加載[4-5]：

(1)控制測點(diǎn)應(yīng)力、變形(或撓度)已達(dá)到或超過理論控制值時。

(2)橋梁結(jié)構(gòu)裂縫長度或縫寬急劇增加，出現(xiàn)了大量新裂縫或縫寬超過允許值的裂縫大量增多時。

(3)橋梁沿跨長方向測得的變形曲線分布規(guī)律與理論計算結(jié)果相差過大時。

(4)發(fā)生其他影響橋梁承載能力或正常使用損壞時。

2.5 測點(diǎn)布置與觀測方法

加載試驗(yàn)時，采用靜態(tài)電阻應(yīng)變儀測出各點(diǎn)的應(yīng)變。應(yīng)變測點(diǎn)布置于跨中截面梁的底面中心處。應(yīng)變測點(diǎn)布置圖如圖3和圖4所示。

圖3 全橋主梁應(yīng)變測試截面分布情況

圖4 主梁截面應(yīng)變測點(diǎn)

采用百分表對拱頂測點(diǎn)及L/4截面測點(diǎn)進(jìn)行觀測。變形測點(diǎn)布置如圖5所示。

圖5 左幅主梁變形測試截面分布情況

2.6 加載車輛布置

經(jīng)計算靜載試驗(yàn)需要裝載后總軸重為400 kN的加載車4臺，試驗(yàn)車輛軸距及軸重見表2。

表2 試驗(yàn)車輛軸距及軸重

依據(jù)設(shè)計資料及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用橋梁結(jié)構(gòu)有限元分析軟件Midas/Civil 對結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈性階段分析，確定各工況下試驗(yàn)車輛分級加載順序見表3。

表3 試驗(yàn)車輛分級加載順序表

2.7 靜力荷載效率

此次試驗(yàn)采用Midas有限元分析軟件對該橋進(jìn)行理論計算分析。各工況荷載效率系數(shù)見表4。

表4 靜載試驗(yàn)效率系數(shù)表

由表4可知：1.05>ηq>0.85，符合JTG/T J21—2011《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》[3]要求。

3 靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 各工況測試結(jié)果

3.1.1 工況Ⅰ測試結(jié)果

工況Ⅰ各級試驗(yàn)荷載作用下，跨中截面各測點(diǎn)應(yīng)變測試結(jié)果見表5，各測點(diǎn)應(yīng)變理論值與測量值對比如圖6所示。

表5 工況Ⅰ跨中截面應(yīng)變理論值與測量值

圖6 工況Ⅰ各測點(diǎn)變形曲線

各測點(diǎn)變形測試結(jié)果見表6。

表6 工況Ⅰ變形測試結(jié)果 mm

3.1.2 工況Ⅱ測試結(jié)果

工況Ⅱ各級試驗(yàn)荷載作用下，跨中截面各測點(diǎn)應(yīng)變測試結(jié)果見表7，各測點(diǎn)應(yīng)變理論值與測量值對比如圖7、圖8所示。

表7 工況Ⅱ跨中截面應(yīng)變理論值與測量值

圖7 工況Ⅱ各測點(diǎn)變形曲線(第二跨)

圖8 工況Ⅱ各測點(diǎn)變形曲線(第一跨)

各測點(diǎn)變形測試結(jié)果見表8。

表8 工況Ⅱ變形測試結(jié)果 mm

3.1.3 工況Ⅲ測試結(jié)果

工況Ⅲ各級試驗(yàn)荷載作用下，跨中截面各測點(diǎn)應(yīng)變測試結(jié)果見表9，各測點(diǎn)應(yīng)變理論值與測量值對比如圖9所示。

表9 工況Ⅲ 跨中截面應(yīng)變理論值與測量值

圖9 工況Ⅲ 各測點(diǎn)變形曲線

各測點(diǎn)變形測試結(jié)果見表10。

表10 工況Ⅲ 變形測試結(jié)果 mm

3.2 結(jié)果分析

在此次靜載試驗(yàn)中，在工況Ⅰ～Ⅲ各級荷載作用下，主梁的應(yīng)變及變形測量值均小于理論值，且測量的分布規(guī)律與理論計算一致。該橋荷載試驗(yàn)的荷載試驗(yàn)效率為0.994～1.023，各測點(diǎn)相對參與變形最大值為18.2%，滿足JTG/T J21—2011《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》試驗(yàn)結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)<1.0和相對殘余變形值<20%的要求。據(jù)此可以判定，各荷載工況下，應(yīng)變及變形基本處于彈性變形范圍之內(nèi)，橋梁的安全儲備足夠。

4 結(jié)論

該橋測試跨荷載試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果及分析表明：

4.1 該橋荷校驗(yàn)系數(shù)滿足JTG/T J21—2011《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》的要求，試驗(yàn)結(jié)果能夠真實(shí)反映結(jié)構(gòu)現(xiàn)有的技術(shù)狀態(tài)。

4.2 該橋的應(yīng)變測試結(jié)果與理論計算結(jié)果規(guī)律一致，且測試截面測點(diǎn)測量值均小于計算值。

4.3 該橋梁控制截面的變形均小于理論值。卸載后，殘余變形小，結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。