廣東某波形鋼板通道橋靜載評估分析

蔣昌鋒

（廣州市政府投資項目研究評審中心 廣州510500）

0 引言

隨著我國交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)展，高速公路橋梁運(yùn)營安全受到極大關(guān)注。由于交通量的大幅度增長、超載車輛治理不力及施工質(zhì)量存在缺陷等原因，高速公路橋梁存在不同程度損傷。如何正確合理地評價橋梁使用性能和安全性能尤為重要，橋梁靜載試驗?zāi)茌^準(zhǔn)確評價現(xiàn)役橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)有承載力及使用功能［1-3］。

1 工程概況

廣梧高速某波形鋼板通道橋位于廣東省云浮市云安區(qū)境內(nèi)，跨越縣道X464，該橋梁拱圈跨徑為10 m，高3.96 m，寬31.35 m，拱圈采用4段波紋鋼板拼接而成，波紋鋼板采用螺栓連接，拱圈上采用壓縮性小、耐久性強(qiáng)的碎石回填，拱頂設(shè)計填土高度1.45 m。該橋橋面寬為24.54 m，橋梁設(shè)計荷載為公路-I級。橋梁示意圖如圖1所示。

圖1 橋梁示意圖Fig.1 Layout of the Bridge（cm）

為檢驗該波形鋼板通道橋的工程質(zhì)量，驗證結(jié)構(gòu)性能及承載力是否滿足設(shè)計荷載的要求，依據(jù)橋梁特點(diǎn)，選擇橋梁右幅進(jìn)行了靜載試驗。

2 試驗方案

本次試驗方案主要根據(jù)交通部相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計規(guī)范及原設(shè)計資料等進(jìn)行了編制［4-7］。對橋梁結(jié)構(gòu)受力和邊界約束條件等情況進(jìn)行分析，借助有限元設(shè)計軟件計算設(shè)計荷載作用下橋梁最大內(nèi)力，并采用荷載等效方法模擬設(shè)計荷載作用下橋梁最大內(nèi)力，確定試驗荷載加載量的控制依據(jù)［8-13］。試驗荷載加載采用逐級加載的方式，直至荷載效率系數(shù)達(dá)到相關(guān)規(guī)范的要求，對各級加載過程中關(guān)鍵截面的撓度、應(yīng)變等指標(biāo)進(jìn)行實時觀測。觀測內(nèi)容主要為：各級試驗荷載作用下控制截面撓度、應(yīng)變及卸載恢復(fù)情況，滿荷載情況下結(jié)構(gòu)整體性狀況等。

2.1 測試內(nèi)容及測點(diǎn)布置

根據(jù)橋梁特點(diǎn)，對橋梁進(jìn)行偏載加載，選擇Ⅰ-Ⅰ截面附近跨中位置為控制截面，試驗工況為A-A截面正彎矩工況。A-A截面撓度及應(yīng)變測點(diǎn)設(shè)置情況如圖2所示。

圖2 撓度、應(yīng)變測點(diǎn)布置Fig.2 Layout of Deflection and Strain Measuring Points（m）

2.2 試驗工況及加載輪位

本次靜載試驗按照荷載等效模擬的方法，計算得出結(jié)構(gòu)在設(shè)計荷載作用下荷載效應(yīng)，并根據(jù)控制截面內(nèi)力影響線，計算得出試驗所需的加載車輛數(shù)量及加載車輛的作用位置（即加載車輛的輪位）。本次模擬試驗采用2輛重約250 kN的車輛進(jìn)行偏載加載，經(jīng)計算，A-A截面設(shè)計控制彎矩為1.24×104kN·m，理論計算試驗彎矩為1.13×104kN·m，試驗荷載效率η=0.91，滿足文獻(xiàn)［7］的要求（0.8＜η≤1.0），加載車輛如圖3所示。

圖3 試驗加載車輛布置Fig.3 Layout of Test Load Vehicle（m）

3 試驗結(jié)果分析

3.1 跨中最大正彎矩工況（A-A）撓度測試結(jié)果

經(jīng)墩頂沉降變形修正后，橋面控制測點(diǎn)撓度結(jié)果如表1所示，各級荷載下橋面測點(diǎn)變形如圖4所示。由實測結(jié)果顯示，正彎矩工況滿載作用下，4號測點(diǎn)實測最大彈性撓度值為-2.7 mm，理論計算撓度值為-4.3 mm，校驗系數(shù)為0.63，無殘余變形，滿足《公路舊橋承載能力鑒定方法》［7］中的校驗系數(shù)范圍的要求。

圖4 橋梁縱向整體撓度變形曲線Fig.4 Longitudinal Integral Deflection Curve of Bridge

表1 實測彈性撓度值與理論計算值對比Tab.1 Comparison of measured Elastic Deflection Value and Theoretical Calculation Value（mm）

由圖5可知，滿載時跨中實測撓度變形曲線線形與理論計算線形基本一致，實測值小于理論值，實際結(jié)構(gòu)橫向受力與理論分析值比較接近。由圖6可知，各級加載情況下，4#測點(diǎn)實測撓度值均小于理論計算值，實測撓度變化曲線線形與理論計算線形比較接近。

圖5 跨中實測撓度與理論值對比曲線Fig.5 Contrast Curve between Measured Deflection and Theoretical Value in Midspan

圖6 4#測點(diǎn)撓度隨荷載效率系數(shù)變化Fig.6 4#Deflection of Measuring Point Changes with Load Efficiency Coefficient

3.2 跨中最大正彎矩工況（A-A）應(yīng)變測試結(jié)果

實測彈性應(yīng)變值如表2所示，A-A截面實測最大彈性應(yīng)變?yōu)?7με，理論計算應(yīng)變?yōu)?2με，校驗系數(shù)為0.71，相對殘余應(yīng)變?yōu)?1%，滿足文獻(xiàn)［7］中校驗系數(shù)范圍的要求。

表2 實測應(yīng)變與理論值對比Tab.2 Comparison of Measured Strain and Theoretical Value（με）

由圖7可知，各級加載情況下，5#測點(diǎn)實測應(yīng)變小于理論計算應(yīng)變，實測變化曲線圖線形與理論計算曲線線形比較接近。

圖7 5#測點(diǎn)應(yīng)變隨荷載效率系數(shù)變化Fig.7 5#Strain of Measuring Point Changes with Load Efficiency Coefficient

4 結(jié)論及建議

本文通過對波形鋼板通道橋進(jìn)行現(xiàn)場原位靜載試驗，對橋梁結(jié)構(gòu)的變形及應(yīng)變等方面進(jìn)行實測和分析，主要結(jié)論如下：

⑴試驗荷載效率為0.91，滿足文獻(xiàn)［7］規(guī)定的要求，試驗結(jié)果可用于評定。

⑵在正常使用荷載工況（設(shè)計汽車荷載）下，橋梁結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)變校驗系數(shù)在0.65～0.81之間，即實測值小于理論計算值，且滿足文獻(xiàn)［7］的要求，結(jié)構(gòu)處于線彈性受力狀態(tài)，卸載后結(jié)構(gòu)變形及應(yīng)變恢復(fù)性能較好，橋梁結(jié)構(gòu)在正常使用階段的受力性能良好，且具備一定安全儲備。

⑶經(jīng)對波形鋼板及螺栓進(jìn)行巡查，試驗過程中未發(fā)現(xiàn)有波形鋼板屈曲、螺栓松動等情況，結(jié)構(gòu)受力狀況良好。

另外，根據(jù)該橋梁結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)頂填土將荷載均勻傳至波形鋼板，波形鋼板通過螺栓連接共同受力，波形鋼板螺栓受力狀況及結(jié)構(gòu)頂路基邊坡的穩(wěn)定狀況，對橋梁結(jié)構(gòu)受力影響極大，建議加強(qiáng)連接螺栓的日常檢測和巡查工作，并對結(jié)構(gòu)頂路基邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行定期監(jiān)測，確保螺栓連接牢固、結(jié)構(gòu)頂面路基穩(wěn)定，保證橋梁運(yùn)營安全。