某大跨徑渡槽充水試驗(yàn)撓度數(shù)值模擬及實(shí)測數(shù)據(jù)分析

孫宇航

（安徽省水利水電勘測設(shè)計研究總院有限公司 合肥 230022）

1 工程概況

渡槽位于引江濟(jì)淮工程（安徽段）75+143 處，設(shè)計流量18.0m3/s，加大流量23.2m3/s，輸水方式為無壓流和有壓流。交匯處相應(yīng)渠道設(shè)計水深和加大水深為2.8m 和3.0m。交匯處位于舒廬干渠廬江縣段（全長42km，以兩縣分界處為樁號起點(diǎn)）的樁號為28+800 附近。支撐結(jié)構(gòu)為3 跨預(yù)應(yīng)力梁橋結(jié)構(gòu)。承重結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，橋式渡槽為（65+120+65）m 變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，橋?qū)?.2m，主梁梁高按1.8 次拋物線變化。槽身為單箱結(jié)構(gòu)水槽，寬7.2m，高4.1m，槽身過水?dāng)嗝鎯魧挒?m，側(cè)墻厚60cm，底板厚40cm，頂板厚50cm，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，槽身沿軸線方向12.5m 分縫，縫內(nèi)設(shè)止水。

2 試驗(yàn)工況及關(guān)鍵界面設(shè)置

為防止渡槽加載初期和卸載初期的荷載變化較大，從而影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，充、排水時均分級進(jìn)行加載、卸載。為加快充水試驗(yàn)進(jìn)度，當(dāng)數(shù)據(jù)穩(wěn)定在3h 內(nèi)無變化即可進(jìn)行下一級加/卸載。試驗(yàn)共分三級加載三級卸載，1 級加載至設(shè)計水位2.25m，為控制加載速度，加載至1.2m，靜停監(jiān)測待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后加載至2.25m；2 級加載水位至2.71m；3 級加載水位至3.2m；1 級卸載至2.71m；2 級卸載至設(shè)計水位2.25m；3 級卸載完成。

考慮到支撐結(jié)構(gòu)與槽身采用半剛性材料相接，在支撐結(jié)構(gòu)及槽體均布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)支撐結(jié)構(gòu)邊跨采用4 分點(diǎn)，中跨采用8 分點(diǎn)法；槽體每跨采用4 分點(diǎn)法，見圖1、圖2。

圖1 槽體變形測點(diǎn)布置圖（cm）

圖2 渡槽支撐結(jié)構(gòu)變形測點(diǎn)布置圖（cm）

3 理論計算

該項(xiàng)目采用有限元分析軟件對舒廬干渠渡槽充水試驗(yàn)全過程進(jìn)行仿真分析，整體支撐結(jié)構(gòu)采用梁單元進(jìn)行模擬，渡槽上部結(jié)構(gòu)共計170 個節(jié)點(diǎn)、232個單元，計算模型如下圖所示。

根據(jù)設(shè)計文件要求，渡槽充水試驗(yàn)工況分為三級，第一級為水深2.25m，第二級為水深2.71m，第三級為水深3.2m，如圖3～圖5 所示。2.25m 水深荷載取值為131.4kN/m，2.71m 水深荷載取值為158.5kN/m，3.2m 水深荷載取值為186.4kN/m。

圖3 設(shè)計水位2.25m 位移圖

圖4 加深水位2.71m 位移圖

圖5 滿槽水位3.2m 位移圖

4 數(shù)據(jù)分析

各加載及排水工況撓度實(shí)測與理論計算對比見表1。

表1 各加載及排水工況撓度實(shí)測與理論計算對比表（mm）

參考《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》（JTG/TJ21-01-2015）關(guān)于荷載試驗(yàn)的相關(guān)規(guī)定，此次充水試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理包括結(jié)構(gòu)各參數(shù)（變形、撓度、應(yīng)力等）的校驗(yàn)系數(shù)、殘余變形/應(yīng)變等內(nèi)容。

（1）校驗(yàn)系數(shù)是評定結(jié)構(gòu)工作狀況，確定結(jié)構(gòu)承載能力的一個重要性指標(biāo)，不同結(jié)構(gòu)形式的校驗(yàn)系數(shù)也不同。其計算公式如下：

式中：Se—試驗(yàn)荷載作用下量測的彈性變形（或應(yīng)變）值；

Ss—試驗(yàn)荷載作用下的理論計算變形（或應(yīng)變）值。

一般情況下，校驗(yàn)系數(shù)小于1，但也不宜過大或過小。當(dāng)檢驗(yàn)系數(shù)大于1 時，應(yīng)查明原因，若無明顯疑問可判定橋梁承載能力不滿足要求。

（2）相對殘余變形（或變位/應(yīng)變）是描述結(jié)構(gòu)整體或局部進(jìn)行塑性工作狀態(tài)的程度。相對殘余計算公式如下：

式中：S'P— 相對殘余變形（或應(yīng)變）；

SP—?dú)堄嘧冃危ɑ驊?yīng)變）；

St—總變形（或應(yīng)變）。

相對殘余變形越小，說明結(jié)構(gòu)越接近彈性工作狀況，恢復(fù)能力越強(qiáng)，一般情況下，殘余變位不大于20%，當(dāng)大于20%時，應(yīng)查明原因，或判定橋梁承載能力不滿足要求。

5 結(jié)論

從支撐結(jié)構(gòu)和槽體每級加載變形數(shù)據(jù)分析可知，各級加載實(shí)測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)變化趨勢一致。兩邊跨從跨中至墩頂位置各級變形趨勢向上，且變形量值較小，考慮到測量誤差，對邊跨變形是對趨勢判斷，不進(jìn)行具體評價。

支撐結(jié)構(gòu)第二跨JD1-F6、JD1-F7 和JD1-F8 各級加載變形決定系數(shù)R2均大于0.96，接近于1，說明各點(diǎn)各級加載間擬合度好，成線性關(guān)系；槽體第二跨JD2-D4、JD2-D5 和JD2-D6 各級加載變形決定系數(shù)R2均大于0.99，接近于1，說明各點(diǎn)各級加載間擬合度好，成線性關(guān)系。

從支撐結(jié)構(gòu)第二跨變形數(shù)據(jù)分析評定和槽體第二跨數(shù)據(jù)分析評定可知，支撐結(jié)構(gòu)變形校驗(yàn)系數(shù)在0.79～0.87 之間，說明實(shí)測彈性變形與理論變形吻合度好，且結(jié)構(gòu)具有一定的安全儲備；支撐結(jié)構(gòu)相對殘余變形在3.57%～7.26%之間，說明支撐結(jié)構(gòu)彈性恢復(fù)能力好。槽體第二跨變形校驗(yàn)系數(shù)在0.81～0.88之間，說明實(shí)測彈性變形與理論變形吻合度好，且結(jié)構(gòu)具有一定的安全儲備；槽體相對殘余變形在2.85%～7.81%之間，說明槽體彈性恢復(fù)能力好。

綜上所述，支撐結(jié)構(gòu)和槽體剛度滿足設(shè)計要求，支撐結(jié)構(gòu)和槽體均處于彈性工作狀態(tài)