簡(jiǎn)支T梁橋承載能力靜載試驗(yàn)分析

朱 毅

（山西交通控股集團(tuán)有限公司 運(yùn)城北高速公路分公司，山西 運(yùn)城 044000）

早期建成通車(chē)的橋梁，在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)使用后，橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了梁體開(kāi)裂、接縫破損、支座變形損壞等質(zhì)量問(wèn)題，使橋梁結(jié)構(gòu)破壞，從而降低橋梁的承載能力[1]。采用靜載試驗(yàn)在加載過(guò)程中對(duì)梁體的應(yīng)變（應(yīng)力）和撓度進(jìn)行檢測(cè)，與設(shè)計(jì)理論值對(duì)比分析確定橋梁的承載能力[2]。根據(jù)侯平高速公路年下溝大橋養(yǎng)護(hù)維修實(shí)踐，結(jié)合定期檢查評(píng)定該橋等級(jí)為“三級(jí)”，制定靜載試驗(yàn)方案對(duì)梁體應(yīng)變和撓度進(jìn)行檢測(cè)，分析檢測(cè)數(shù)據(jù)的結(jié)論作為評(píng)價(jià)橋梁承載能力、制定加固方案的主要依據(jù)。

1 簡(jiǎn)支T梁基本情況檢查

1.1 橋梁簡(jiǎn)介

侯平高速公路年下溝大橋，設(shè)計(jì)全長(zhǎng)159.36 m，中心樁號(hào)為K20+200，于2006年建成通車(chē)。橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用3×50 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁，下部結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁，空心薄壁墩設(shè)計(jì)。年下溝大橋分左右兩幅，橋梁設(shè)計(jì)寬度為27 m，左右幅橋面凈寬12.25 m，左右幅凈距為0.5 m。橋梁設(shè)計(jì)按公路-Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，抗震要求按8度設(shè)計(jì)。

1.2 簡(jiǎn)支T梁外觀檢查結(jié)果

按照日常養(yǎng)護(hù)工作安排，對(duì)年下溝大橋進(jìn)行定期檢查。經(jīng)檢查，T梁外觀輪廓基本順直清晰，但表面粗糙有浮漿現(xiàn)象，局部有蜂窩麻面。檢查中發(fā)現(xiàn)橋梁T梁表面局部存在開(kāi)裂現(xiàn)象，個(gè)別裂縫深度較大，橋面局部出現(xiàn)了塊狀裂縫。左右兩幅橋梁T梁共發(fā)現(xiàn)63條豎向裂縫，總長(zhǎng)度為62.6 m，其中裂縫最大寬度為0.18 mm；發(fā)現(xiàn)75條縱向裂縫，總長(zhǎng)度為301.1 m，其中裂縫最大寬度為0.2 mm。另外，橋梁支座有開(kāi)裂、破損、剪切變形、脫空和鋼板銹蝕現(xiàn)象，墩帽發(fā)現(xiàn)一條長(zhǎng)1 m、最大寬度為0.1 mm的裂縫。根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTG 5120—2021）與《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T H21—2011）中的相關(guān)規(guī)定，將年下溝大橋評(píng)定為“三類”橋梁。

2 簡(jiǎn)支T梁橋靜載試驗(yàn)方案

為了確定年下溝大橋的承載能力，擬采用靜載試驗(yàn)對(duì)橋梁在荷載作用下的應(yīng)力（應(yīng)變）和撓度變化情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[3]。橋梁承載能力檢測(cè)應(yīng)主跨檢測(cè)，本文選擇第二跨作為試驗(yàn)跨。靜載試驗(yàn)時(shí)間選擇在夜間進(jìn)行，試驗(yàn)期間溫度變化控制在2.2℃～3.5℃之間，進(jìn)而降低溫度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。靜載試驗(yàn)采用汽車(chē)加載，加載汽車(chē)在試驗(yàn)前過(guò)磅稱重。試驗(yàn)前對(duì)施工路段進(jìn)行封閉，禁止一切車(chē)輛和無(wú)關(guān)人員通行。對(duì)試驗(yàn)儀器進(jìn)行檢查，調(diào)零后進(jìn)行第一次空載讀數(shù)。試驗(yàn)汽車(chē)停放在指定位置后，穩(wěn)定20～30 min讀數(shù)。每輛試驗(yàn)汽車(chē)總重量 300 kN（前軸 60 kN，兩個(gè)后軸各120 kN），分4級(jí)加載，每輛車(chē)為1級(jí)，一共4輛試驗(yàn)汽車(chē)，加載步驟如圖1所示。靜載試驗(yàn)分為中載和偏載兩種工況：中載工況沿橋梁縱向跨中截面的正彎矩和撓度最不利位置布載，橫橋向?yàn)閮绍?chē)中載；偏載工況沿橋梁縱向跨中截面的正彎矩和撓度最不利位置布載，橫橋向?yàn)閮绍?chē)偏載。試驗(yàn)汽車(chē)沿橋梁橫向加載位置如圖2所示。

圖1 各試驗(yàn)工況加載順序（按①～④順序加載，單位：cm）

圖2 試驗(yàn)汽車(chē)沿橋梁橫向加載位置（單位：cm）

3 簡(jiǎn)支T梁靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 簡(jiǎn)支T梁撓度檢測(cè)結(jié)果分析

選取試驗(yàn)跨（第二跨）5片T梁撓度檢測(cè)數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象，測(cè)點(diǎn)位置為跨中、L/4跨、3L/4跨和兩端支座位置，1 號(hào) T 梁縱向測(cè)點(diǎn)編號(hào)為 1、2、3、4、5，5 號(hào)T 梁縱向測(cè)點(diǎn)編號(hào) 1'、2'、3'、4'、5'，跨中截面測(cè)點(diǎn)為3、3'、6、7、8，共計(jì) 13 個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置如圖 3 所示。

圖3 試驗(yàn)跨撓度測(cè)點(diǎn)布置示意圖

簡(jiǎn)支T梁撓度測(cè)量采用精密水準(zhǔn)儀，中載和偏載兩種工況下?lián)隙葴y(cè)量結(jié)果如表1和表2所示，撓度向下為正，向上為負(fù)[4-5]，撓度檢測(cè)結(jié)果已考慮支座變形。繪制兩種工況下各梁跨中截面撓度變化曲線如圖4和圖5所示。

圖4 中載工況各梁跨中截面撓度變化曲線

圖5 偏載工況各梁跨中截面撓度變化曲線

表1 中載工況試驗(yàn)跨撓度檢測(cè)結(jié)果

表2 偏載工況試驗(yàn)跨撓度檢測(cè)結(jié)果

分析上述圖表數(shù)據(jù)和曲線變化情況，在4級(jí)加載后，中載和偏載工況下各梁跨中截面和梁體縱向撓度實(shí)測(cè)值與理論值十分接近，校驗(yàn)系數(shù)均超過(guò)0.9，橋梁撓度變形較大，說(shuō)明梁體剛度較小，應(yīng)進(jìn)行加固。

3.2 應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果分析

簡(jiǎn)支T梁應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置在試驗(yàn)跨控制截面，通過(guò)布置電阻式應(yīng)變片進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量，偏載工況下測(cè)點(diǎn)布置如圖6所示，中載工況測(cè)點(diǎn)呈對(duì)稱布置，共計(jì)14個(gè)測(cè)點(diǎn)，如圖7所示。在偏載工況進(jìn)行試驗(yàn)加載，對(duì)各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變值進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)過(guò)程中采用tds-530靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀收集數(shù)據(jù)，應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

圖6 偏載工況梁體應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置示意圖

圖7 中載工況梁體應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置示意圖

表3 試驗(yàn)跨各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果

分析表3所列應(yīng)變檢測(cè)數(shù)據(jù)，4級(jí)加載后各梁體應(yīng)變實(shí)測(cè)值與理論值接近，其中1號(hào)梁、2號(hào)梁應(yīng)變接近理論值，校驗(yàn)系數(shù)也超過(guò)了0.9，說(shuō)明梁體在荷載作用下變形較大。另外，在卸載后殘余應(yīng)變較小，說(shuō)明梁體仍處于彈性工作范圍。結(jié)合中載工況下的試驗(yàn)結(jié)果，得出的結(jié)論與偏載工況一致。

3.3 簡(jiǎn)支T梁靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

結(jié)合上述靜載試驗(yàn)T梁應(yīng)變和撓度檢測(cè)結(jié)果，實(shí)測(cè)值與理論值十分接近。另外，由于簡(jiǎn)支T梁表面存在大量裂縫，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生了一定影響，造成檢測(cè)結(jié)果沒(méi)有呈現(xiàn)明顯的線性規(guī)律。T梁上部各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變實(shí)測(cè)值呈現(xiàn)明顯的直線規(guī)律，說(shuō)明梁體剛度產(chǎn)生了一定幅度的下降，剛度不足。各測(cè)點(diǎn)在卸載后殘余變形很小，說(shuō)明梁體仍處于彈性工作范圍?？傊?，根據(jù)加載跨靜載試驗(yàn)結(jié)果，可以得出年下溝大橋簡(jiǎn)支T梁在設(shè)計(jì)汽車(chē)荷載作用下仍處于彈性工作范圍，應(yīng)變和撓度檢測(cè)結(jié)果接近或超出設(shè)計(jì)值。結(jié)合梁體外觀檢測(cè)結(jié)果，得出該橋簡(jiǎn)支T梁承載能力已不能滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)采取措施進(jìn)行加固。

4 簡(jiǎn)支T梁加固效果分析

在不改變?cè)袠蛄旱幕A(chǔ)上，對(duì)年下溝大橋進(jìn)行加固和維修。簡(jiǎn)支T梁采用貼鋼板加固，鑿除破損嚴(yán)重的橋面鋪裝層，重新施作，對(duì)橋梁伸縮縫、支座等進(jìn)行更換。加固后采用同樣的試驗(yàn)方法開(kāi)展靜載試驗(yàn)，各簡(jiǎn)支T梁梁體跨中截面梁底應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果如表4所示。

表4 加固后簡(jiǎn)支T梁梁底應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果

分析表4所示梁底應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果，得出梁底應(yīng)變最大值出現(xiàn)在 1號(hào)梁梁底，為 185 με，與理論值327 με相差較大，卸載后殘余應(yīng)變最大值為 2 με，說(shuō)明加固后橋梁梁底應(yīng)變明顯下降。根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）中的相關(guān)要求，預(yù)應(yīng)力混凝土橋校驗(yàn)系數(shù)在0.6～0.9之間，滿足規(guī)范要求。結(jié)合梁體撓度檢測(cè)結(jié)果，橋梁外觀裂縫發(fā)展得到了有效抑制，說(shuō)明加固后主梁剛度和橋梁承載能力得到了明顯提高。

5 結(jié)語(yǔ)

基于侯平高速公路年下溝大橋養(yǎng)護(hù)維修工程實(shí)踐，根據(jù)橋梁定期調(diào)查結(jié)果制定靜載試驗(yàn)檢測(cè)方案，分別在中載和偏載工況下對(duì)梁體撓度和應(yīng)變進(jìn)行檢測(cè)，有針對(duì)性地制定了加固方案，并在加固后開(kāi)展試驗(yàn)，分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論：

a）試驗(yàn)梁撓度實(shí)測(cè)值與理論值接近，個(gè)別測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)值十分接近理論值，說(shuō)明梁體剛度明顯下降，但卸載后殘余應(yīng)變較小，說(shuō)明梁體仍處于彈性工作范圍。

b）試驗(yàn)梁應(yīng)變實(shí)測(cè)值十分接近理論值，在荷載作用下變形大，應(yīng)進(jìn)行加固處理。

c）采用貼鋼板加固的方式對(duì)T梁進(jìn)行加固，加固后梁體應(yīng)變、撓度明顯下降，梁體表面裂縫也得到了有效控制，說(shuō)明加固后橋梁承載能力有效提高，達(dá)到了預(yù)期效果。