考慮鋪裝層厚度的橋面連續(xù)預(yù)應(yīng)力空心板橋荷載試驗(yàn)方法

林頎棟，徐思陽，趙佩勛，陳康鋒，邊津斐

（1.寧波市交通建設(shè)工程試驗(yàn)檢測中心有限公司，浙江 寧波 315124；2.寧波甬橋工程科技有限公司，浙江 寧波 315100）

0 引言

橋梁荷載試驗(yàn)作為對橋梁結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的一種評估手段，可以為橋梁的繼續(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)。目前隨著測試技術(shù)的不斷發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)體系也在日益完善。

本文考慮橋面板厚度對橋面連續(xù)的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋進(jìn)行建模計算，確定橋梁荷載試驗(yàn)的加載工況和加載方案，進(jìn)而評估橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力，可為同類橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力評估和建模計算提供參考。

1 工程概況

杭州市某城-A 級單幅三跨橋面連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板簡支梁橋，橋梁總長39m，跨徑布置為13m+13m+13m=39m。橋?qū)挒?0.5m，橫向布置為0.25m（北側(cè)欄桿）+3m（北側(cè)人行道）+14m（機(jī)動車道）+3m（南側(cè)人行道）+0.25m（南側(cè)欄桿）。橋面鋪裝瀝青混凝土，橋面混凝土鋪裝層厚度為10cm。上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，板梁高為0.6m，寬為1.25m；下部結(jié)構(gòu)為樁柱式橋臺，如圖1所示。

圖1 預(yù)應(yīng)力空心板橋立面（單位：cm）

2 有限元建模及分析

采用Midas Civil 進(jìn)行梁格法建模，鋪裝層厚度按照10cm考慮，如圖2所示。

圖2 預(yù)應(yīng)力空心板橋有限元模型

按照《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60—2015）分析要求，對橋梁結(jié)構(gòu)車道面進(jìn)行橫向、縱向車道荷載施加，將7#板跨中和3#板跨中分別作為中載和偏載的控制截面。同時，根據(jù)Midas 計算結(jié)果，可得橋梁基頻為8.23Hz。

3 靜載試驗(yàn)

3.1 靜載試驗(yàn)工況及測點(diǎn)布置

測試項(xiàng)目為撓度、應(yīng)力和裂縫，共分為2 種工況，如表1所示。

表1 靜載試驗(yàn)測試工況

由于是跨徑相同的三跨預(yù)應(yīng)力混凝土空心板簡支梁橋，故選擇13m邊跨進(jìn)行荷載試驗(yàn)，采用在跨中梁底布置應(yīng)變片的方式進(jìn)行應(yīng)力測試，在跨中、四分點(diǎn)和支點(diǎn)位置采用百分表進(jìn)行撓度測試，各截面共布置32個應(yīng)變測點(diǎn)和20個撓度測點(diǎn)。

3.2 加載方案

靜載試驗(yàn)采用4 輛35t 的重車進(jìn)行加載，加載采用等效內(nèi)力法，加載前先進(jìn)行預(yù)加載，使結(jié)構(gòu)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，消除結(jié)構(gòu)的非彈性變形。各種工況的加載布置如圖3～圖4所示。為了獲得結(jié)構(gòu)試驗(yàn)荷載與變位關(guān)系曲線，加載分為3級逐級施加。

圖3 中載加載示意

圖4 偏載加載示意

各級加載效率如表2 所示，《城市橋梁檢測與評定技術(shù)規(guī)范》（CJJ/T 233—2015）規(guī)定靜載效率系數(shù)一般控制在0.95～1.05，由表2 可知中載試驗(yàn)的加載效率為0.96，偏載試驗(yàn)的加載效率為0.95，均滿足規(guī)范要求。

表2 試驗(yàn)跨控制截面靜載試驗(yàn)荷載效率系數(shù)

3.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

通過進(jìn)行靜載試驗(yàn)，整理不同工況下的應(yīng)力、撓度的實(shí)測值、卸載殘余值、理論計算值、校驗(yàn)系數(shù)，輸出控制截面的撓度和應(yīng)變數(shù)據(jù)，結(jié)果如表3～表4 所示，“-”表示撓度向下，“+”表示撓度向上，圖5～圖8為各測點(diǎn)的殘余應(yīng)變和校驗(yàn)系數(shù)。

圖8 應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)

表3 控制截面測點(diǎn)實(shí)測撓度 單位：mm

表4 控制截面測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)變με

圖5 殘余撓度

圖6 殘余應(yīng)變

圖7 撓度校驗(yàn)系數(shù)

分析可知，各工況加載作用下的校驗(yàn)系數(shù)最大值為0.97，各工況加載作用下的相對殘余最大值為18.47%，滿足規(guī)范要求，結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)整體處于彈性狀態(tài)工作，撓度和應(yīng)變在卸載后能夠較好恢復(fù)。

4 動載試驗(yàn)

4.1 動載試驗(yàn)工況及測點(diǎn)布置

動載試驗(yàn)是對橋梁施加激振力而使橋梁發(fā)生振動，測得相應(yīng)的振動信號，分析結(jié)構(gòu)的動力特性和動態(tài)響應(yīng)，動載試驗(yàn)測試項(xiàng)目主要包括：脈動試驗(yàn)、行車試驗(yàn)、跳車試驗(yàn)。無障礙行車試驗(yàn)工況分為20km/h,30km/h,40km/h三種工況。

沖擊系數(shù)測試的斷面為靜載試驗(yàn)斷面的橋跨梁底面，測點(diǎn)布置在4#和5#梁板底部，橋梁脈動試驗(yàn)沿橋梁兩側(cè)緣石邊緣布置豎向傳感器測點(diǎn)，測點(diǎn)布置在橋面四分點(diǎn)和跨中，橋梁跳車試驗(yàn)測點(diǎn)沿橋梁兩側(cè)緣石邊緣，布置在橋面跨中。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)時，在橋面無任何障礙的情況下，讓重車以20km/h、30km/h、40km/h 勻速通過測試橋跨，測定不同速度下的振動頻率、阻尼比和沖擊系數(shù)，見表5。

表5 動載試驗(yàn)實(shí)測值與理論值比較

通過對測試數(shù)據(jù)的分析可以發(fā)現(xiàn)，一階豎向振動頻率實(shí)測值為10Hz，大于計算值8.23Hz，表明所測結(jié)構(gòu)實(shí)際剛度大于理論剛度。根據(jù)規(guī)范可以計算得到理論沖擊系數(shù)μ=0.36，實(shí)測沖擊系數(shù)均小于理論沖擊系數(shù)，說明該橋的動力性能良好。

5 結(jié)論

本文運(yùn)用有限元軟件Midas Civil 對檢測橋梁進(jìn)行建模分析計算，將實(shí)測試驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)值計算結(jié)果加以對比分析，對整座橋梁的實(shí)際承載能力作出評價，得出如下結(jié)論：

（1）在考慮橋面板厚度情況下，各試驗(yàn)工況各測點(diǎn)的應(yīng)力、撓度實(shí)測值均小于理論計算值，表明荷載試驗(yàn)過程中結(jié)構(gòu)的工作性能達(dá)到設(shè)計要求。

（2）通過靜載試驗(yàn)，證明該橋具有一定的安全儲備，主梁彈性狀態(tài)滿足要求。通過動載試驗(yàn)，說明橋梁的實(shí)際剛度滿足設(shè)計要求，該橋具有良好的動力性能。

（3）有限元分析結(jié)果與實(shí)測結(jié)果的校驗(yàn)系數(shù)滿足相關(guān)規(guī)范要求，證明該方法進(jìn)行橋梁荷載試驗(yàn)的正確性。