金馬河大橋靜荷載試驗研究

蔣麗萍

(柳州市市政設計科學研究院,廣西 柳州 545006)

1 概 況

金馬河大橋的主橋為三跨飛燕式拱橋,中跨拱肋為中承式鋼管混凝土拱,拱腳墩中心間距 138m,凈跨徑 130m,凈矢高 37.143m,凈矢跨比 1/3.5,拱軸線為懸鏈線,拱軸系數為 1.4;邊跨拱肋為箱形混凝土拱,凈跨徑 32m,拱軸線為二次拋物線。橋型布置見圖 1。

圖1 試驗斷面和撓度測點布置圖(單位:cm)

2 荷載試驗目的

(1)檢驗設計與施工質量,確定工程的可靠性,為竣工驗收提供技術依據;

(2)驗證設計理論、計算方法及設計所采用的各種假設的正確性與合理性,為改進橋梁結構及其設計方法積累科學依據;

(3)直接了解橋跨結構的實際工作狀態,判斷實際承載能力,評價橋跨結構在設計使用荷載下的工作性能,檢驗其是否符合設計標準或滿足使用要求;

(4)通過荷載試驗,建立橋梁“指紋”檔案,為以后該橋在運營階段,特別是老化階段的檢測與評定提供基準數據。

3 靜荷載試驗內容

橋梁靜載試驗是將靜止的荷載作用于橋梁上的指定位置,測試結構的靜應變、靜應力以及靜位移等,確定橋梁結構實際工作狀態與設計期望值是否相符,從而推斷橋梁結構在荷載作用下的工作狀態和使用能力。它是檢驗橋梁性能及工作狀態,即結構的承載能力和剛度最直接、最有效的辦法。

金馬河大橋主橋為一座飛燕式三跨拱橋,中間主跨為系桿中承式鋼管混凝土桁架拱。對該橋進行靜載試驗,主要試驗內容包括:

(1)主跨拱腳、主拱實體段與桁架段交界處,主拱 L/4截面、主拱 L/2控制截面在最不利設計荷載彎矩下加載試驗[1];

(2)一側邊跨拱腳及跨中附近截面在最不利設計荷載彎矩下加載試驗;

(3)偏載作用下拱圈截面的偏載試驗;

(4)跨中長吊桿加載試驗。

試驗截面為:主拱跨的拱腳、主拱實體段與桁架段交界處、L/4截面、拱頂截面(A-A、B-B、C-C、D-D)。其中包括對 C-C、D-D截面進行偏心加載;主跨跨中長吊桿(EE);一側邊拱跨的拱腳截面(F-F)及跨中附近截面(GG)。具體位置參見圖 1試驗斷面和撓度測點布置圖[2]。

4 試驗加載方式與加載分級

根據實際情況選擇車型,車輛軸重應與橋梁規范中規定的車輛荷載基本相當。根據靜力試驗荷載效率要求及對各控制斷面的計算分析后選擇適當的加載車輛數量。所有試驗車裝載后要經地磅稱重,稱重指標有前軸實際重量、后軸實際重量和滿載后總重量。滿載后車輛實際總重量在 330 kN左右,其重量誤差在±5 kN以內。根據稱重的結果,記錄每輛試驗車相應的實際重量值[3]。

為了獲得結構試驗荷載與變位關系的連續曲線和防止結構意外損傷,每一檢驗項目靜力試驗荷載分成預加載和兩級加載,兩級卸零。加載方式為單次逐級遞加到最大荷載,然后逐級卸到零級荷載。

靜力試驗荷載的加載分級,主要依據試驗加載車在某一檢驗項目(內力或位移)影響面內縱橫向位置的不同以及加載重量多少而分成設計控制荷載產生的該檢驗項目最不利效應值的 60%和 100%。對同一加載截面,先分級加載,橫向對稱加載;每個工況進行重復加載。

5 試驗加載位置與加載工況[4]

加載位置與加載工況確定主要依據的原則是盡可能用最少的加載車輛達到最大的試驗荷載效率,同時應考慮簡化加載工況,縮短試驗時間,在滿足試驗荷載效率的前提下對加載工況進行適當合并,每一加載工況依據某一檢驗項目為主,兼顧其它檢驗項目。具體的試驗荷載是根據各個控制截面的設計彎矩,通過等效的試驗車輛荷載加載到相應位置來實現的,荷載采用 6輛雙后軸汽車加載,汽車總重為 66+132+132=330 kN,加載汽車軸距為(4.0+1.4)m。

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6 靜載試驗結果與分析

6.1 撓度測試結果

對加載試驗的主要測點(即控制測點或加載試驗效率最大部位測點)可按下式計算校驗系數ξ:

式中:Se為試驗荷載作用下量測的彈性變位(或應變)值;Ss為試驗荷載作用下的理論計算變位(或應變)值。

豎向實測位移與理論計算的比較,計算各工況兩次加載實測豎向結果的平均值、理論計算值及結構校驗系數。

按照《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》(YC 4-4/1982),實測值與計算值進行對照,如滿足規范限值要求,表明本橋的靜載試驗結果滿足橋梁設計及檢定規范的要求[5]。

在不同工況下,各試驗截面撓度實測值和計算值見表2。

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由表2可見:該橋在A-A和 B-B工況下主跨拱肋撓度校驗系數為 0.47～0.92,主跨橋面撓度校驗系數為 0.44～0.81,在合理的范圍之內;在C-C工況下主跨拱肋撓度校驗系數為 0.67～0.97,主跨橋面撓度校驗系數為 0.65～0.91,在合理的范圍之內;在D-D工況下主跨拱肋撓度校驗系數為 0.69～0.91,主跨橋面撓度校驗系數為 0.57～0.81,在合理的范圍之內。

綜合表明該橋跨結構能滿足設計荷載作用下的剛度要求。

6.2 應力測試結果

按照《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》(YC 4-4/1982),實測值與計算值進行對照,如滿足規范限值,表明本橋的靜載試驗結果滿足橋梁設計及檢定規范的要求。實測的結構或構件主要控制截面應變沿高度分布圖符合平截面假定,實測的控制點變位或應變與荷載的關系曲線接近于直線,說明橋梁結構或構件處于良好的彈性工作狀況。

6.2.1 正載應力測試結果

在不同工況下,各試驗截面應力實測和計算值見表3。

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由表3可見:該橋在A-A工況下 A-A截面的應力校驗系數為 0.44～0.61,在合理的范圍之內;在B-B工況下 B-B截面的應力校驗系數為 0.41～0.73,在合理的范圍之內;在C-C工況下 C-C截面的應力校驗系數為 0.45～0.83,在合理的范圍之內;在D-D工況下結構的應力校驗系數為 0.69～0.84,在合理的范圍之內;在 F-F工況下 F-F截面的應力校驗系數為 0.64～0.76,在合理的范圍之內;在G-G工況下G-G截面的應力校驗系數為 0.68～0.80,在合理的范圍之內。

綜合表明該橋跨結構能滿足設計荷載作用下的強度要求。

6.2.2 偏載應力測試結果

對主跨拱肋跨中 D-D截面和L/4拱 C-C截面(溫江側)進行偏心加載,各工況均為縱向 3輛車加載,偏載位置在上游側,應力偏載效應系數見表4。

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由表4可見,在各工況偏載作用下,應力的偏載系數為1.48～1.56,偏載效應較為明顯。

7 結束語

通過荷載試驗可以檢測橋梁結構的實際承載能力、結構剛度是否滿足設計要求,了解結構的實際工作狀況,為大橋現狀做出科學客觀的評價。故荷載試驗是新橋建設檢驗的重要環節,也是舊橋加固處理的依據,因此加強橋梁荷載試驗的研究對橋梁安全有重要的作用。

[1]范立礎.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2001

[2]范文斌.基于荷載試驗的橋梁整體安全性研究[D].中南大學,2008

[3]李海.沈陽公和斜拉橋的荷載試驗研究[D].大連理工大學,2003

[4]徐文平.既有預應力混凝土梁橋承載能力實橋試驗及分析研究[D].東南大學,2006

[5]YC4-4/1982大跨徑混凝土橋梁的試驗方法[S]