溫查爾大橋靜載試驗(yàn)分析

王益愷，張洪亮，于海波(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院)

溫查爾大橋靜載試驗(yàn)分析

王益愷，張洪亮，于海波(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院)

溫差爾大橋經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)營(yíng)，橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了不同程度的病害，為了解橋梁的實(shí)際工作狀態(tài)和承載能力，對(duì)該橋進(jìn)行了靜載試驗(yàn)。該文闡述了靜載試驗(yàn)，測(cè)定了橋跨結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。試驗(yàn)結(jié)果分析表明：橋跨結(jié)構(gòu)基本處于彈性工作狀態(tài)，強(qiáng)度和剛度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)荷載要求，但抗裂性不足，主梁間無(wú)可靠聯(lián)系，呈現(xiàn)單梁受力狀態(tài)，4#墩沉降量較大。針對(duì)靜載試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)該橋提出了維修與加固建議。

少筋微彎板;靜載試驗(yàn);力學(xué)性能;加固改造

0 前言

溫查爾大橋位于黑龍江省北安至黑河段原三級(jí)公路，里程樁號(hào)K211+477。該橋修建于1981年，至今已運(yùn)營(yíng)多年，上部結(jié)構(gòu)各構(gòu)件間連接縫處均存在滲水泛白現(xiàn)象，I形梁梁端范圍內(nèi)存在斜裂縫，跨中存在豎向受拉裂縫，裂縫寬度超限;微彎板出現(xiàn)縱橋向受拉裂縫。4#墩下游側(cè)墩柱存在凍拔狀況，凍拔量為10 cm，在使用荷載作用下，該墩柱隨時(shí)可能傾倒，存在較大的安全隱患。

為了解該橋的實(shí)際技術(shù)狀況，對(duì)該橋進(jìn)行了靜載試驗(yàn)。

1 工程概況

該橋橋孔分布為5×16 m，全長(zhǎng)84.04 m，橋面凈寬為7 m+2×0.75 m;設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽-15，掛-80級(jí)。上部結(jié)構(gòu)采用少筋微彎板組合梁，每孔由5片I形梁組成，主梁混凝土標(biāo)號(hào)為250號(hào)，橋面鋪裝采用7～12 cm厚300#防水混凝土;采用切線(xiàn)式支座。下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式墩臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，墩臺(tái)柱徑均為1.0 m，樁徑均為1.2 m。下部除鉆孔樁采用200#混凝土外，其余均采用250#混凝土。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 試驗(yàn)孔主梁跨中截面撓度分析

在工況1試驗(yàn)荷載作用下，主梁跨中斷面撓度實(shí)測(cè)值如表1所示。

表1 主梁跨中斷面撓度表

表2中數(shù)據(jù)表明，在工況1試驗(yàn)荷載作用下，試驗(yàn)孔主梁的撓度校驗(yàn)系數(shù)介于0.338～0.415之間，最大值為0.415，接近鋼筋混凝土梁橋撓度校驗(yàn)系數(shù)η的常見(jiàn)值0.5～0.9的下限值。

上述分析說(shuō)明試驗(yàn)孔主梁跨中截面豎向剛度能夠滿(mǎn)足汽-15、掛-80荷載的設(shè)計(jì)和使用要求。

2.2 相對(duì)殘余變形分析

相對(duì)殘余變形是評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載后彈性工作性能的指標(biāo)，跨中撓度的相對(duì)殘余變形越小，說(shuō)明結(jié)構(gòu)彈性工作狀況越充分，工況1試驗(yàn)荷載作用下主梁撓度殘余變形分析結(jié)果如表2所示。

表2 主梁跨中撓度相對(duì)殘余變形 %

由表3可見(jiàn)，在工況1試驗(yàn)荷載作用下，試驗(yàn)孔主梁跨中撓度的相對(duì)殘余變形介于2.38% ～13.73%，小于20%，表明橋跨結(jié)構(gòu)基本處于彈性工作狀態(tài)。但個(gè)別主梁殘余變形相對(duì)較大，彈性變形安全儲(chǔ)備較低。

2.3 主梁跨中斷面荷載橫向分布系數(shù)

根據(jù)主梁的跨中撓度實(shí)測(cè)值，計(jì)算工況1試驗(yàn)荷載作用下主梁的實(shí)際橫向分布情況，見(jiàn)表3。

表3 主梁跨中截面實(shí)測(cè)的橫向分布系數(shù)表

表3數(shù)據(jù)和圖6表明，在工況1荷載作用下，各主梁實(shí)測(cè)橫向分布系數(shù)由3#梁向兩邊主梁呈逐漸減小趨勢(shì)，實(shí)測(cè)3#梁橫向分布系數(shù)最大，數(shù)值為0.427;而橫向分布系數(shù)理論計(jì)算值由1#梁向5#梁呈逐漸減小的趨勢(shì)，1#梁橫向分布系數(shù)最大，數(shù)值為0.411。

實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值相比存在一定的差異，可能系由I形梁間微彎板及橫系梁存在不同程度的破損所致。

2.4 試驗(yàn)孔主梁跨中應(yīng)變應(yīng)力分析

在工況1試驗(yàn)荷載作用下，混凝土應(yīng)變沿梁高分布基本呈線(xiàn)性分布。為減少試驗(yàn)誤差，應(yīng)用最小二乘法原理對(duì)各截面測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，確定一條誤差較小的最佳試驗(yàn)曲線(xiàn)，即沿梁高變化的直線(xiàn)方程。1#梁側(cè)混凝土應(yīng)變測(cè)試結(jié)果，根據(jù)最佳試驗(yàn)曲線(xiàn)，將應(yīng)變乘以混凝土彈性模量，即得到相應(yīng)測(cè)點(diǎn)的混凝土應(yīng)力，見(jiàn)表4。

表4 1#梁實(shí)測(cè)應(yīng)力表

表4應(yīng)力計(jì)算值計(jì)算時(shí)，采用實(shí)測(cè)的橫向分布系數(shù)。主梁混凝土應(yīng)變分析表明，控制斷面混凝土應(yīng)變沿梁高的變化基本符合受彎構(gòu)件的平面假設(shè);主梁混凝土上下緣應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)均介于鋼筋混凝土梁橋應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)常見(jiàn)值0.4～0.8之間;實(shí)測(cè)開(kāi)裂截面中心軸高度低于理論計(jì)算的開(kāi)裂截面中心軸高度。上述分析說(shuō)明：結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可以滿(mǎn)足汽-15、掛-80汽車(chē)荷載的設(shè)計(jì)及使用要求。

2.5 裂縫情況

在工況1試驗(yàn)荷載加載前后分別對(duì)1#主梁梁側(cè)跨中附近裂縫進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5。在試驗(yàn)荷載加載前，1#邊梁梁側(cè)跨中附近豎向受力裂縫最大縫寬為0.26 mm;加載穩(wěn)定后，該裂縫最大縫寬發(fā)展至0.29 mm;卸載穩(wěn)定后，該裂縫最大縫寬為0.28 mm，未恢復(fù)至初始縫寬，縫寬大于限值要求;加載前后無(wú)新裂縫產(chǎn)生。

表5 工況1試驗(yàn)荷載加載前后主梁裂縫實(shí)測(cè)表

裂縫寬度未超限值要求，但卸載后裂縫未恢復(fù)至加載前初始寬度，表明結(jié)構(gòu)抗裂性不能滿(mǎn)足汽-15、掛-80荷載的設(shè)計(jì)及使用要求。

2.6 測(cè)點(diǎn)主拉應(yīng)力分析

為了確定主梁梁端最大剪力處的平面應(yīng)力狀態(tài)，采用應(yīng)變花測(cè)出測(cè)點(diǎn)A，45°斜截面的橫向應(yīng)變、縱向應(yīng)變及水平向應(yīng)變，計(jì)算出主應(yīng)變，從而計(jì)算出測(cè)點(diǎn)A處主應(yīng)力實(shí)測(cè)值。將實(shí)測(cè)的主應(yīng)力與理論計(jì)算的主應(yīng)力進(jìn)行比較，見(jiàn)表6。

表6 工況2試驗(yàn)荷載作用下2#梁測(cè)點(diǎn)A應(yīng)力表

在工況2試驗(yàn)荷載作用下，測(cè)點(diǎn)A處主拉應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)介于鋼筋混凝土梁橋應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)常見(jiàn)值0.4～0.8之間，并且實(shí)測(cè)的最大主拉應(yīng)力與理論計(jì)算的最大主拉應(yīng)力均小于混凝土的抗拉強(qiáng)度，說(shuō)明在工況2試驗(yàn)荷載作用下，試驗(yàn)孔梁端平面應(yīng)力狀態(tài)較好。

2.7 最大豎向反力雙列偏心加載數(shù)據(jù)分析

在工況3試驗(yàn)荷載作用下，4#墩兩墩柱沉降量實(shí)測(cè)值見(jiàn)表7。

表7 工況3試驗(yàn)荷載作用下4#墩沉降實(shí)測(cè)表

由表7可知，4#橋墩的最大沉降量為5.1 mm，且卸載后變形未完全恢復(fù)。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)該橋進(jìn)行靜動(dòng)載試驗(yàn)得出如下結(jié)論。

(1)在試驗(yàn)荷載作用下，主梁撓度校驗(yàn)系數(shù)最大值為0.415，接近鋼筋混凝土梁橋撓度校驗(yàn)系數(shù)η的常見(jiàn)值0.5～0.9的下限值，試驗(yàn)孔主梁跨中截面豎向剛度能夠滿(mǎn)足汽-15、掛-80荷載的設(shè)計(jì)和使用要求。

(2)試驗(yàn)孔主梁撓度的相對(duì)殘余變形均小于20%，表明橋跨結(jié)構(gòu)基本處于彈性工作狀態(tài)，但個(gè)別主梁殘余變形相對(duì)較大，彈性變形安全儲(chǔ)備較低。

(3)在試驗(yàn)荷載作用下，橫向分布系數(shù)實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值相比存在一定的差異，可能系由I形梁間微彎板及橫系梁存在不同程度的破損所致。

(4)混凝土應(yīng)變沿主梁梁高的分布規(guī)律基本呈線(xiàn)性分布，基本滿(mǎn)足平面變形假定。

(5)主梁混凝土上下緣應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)均介于鋼筋混凝土梁橋應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)常見(jiàn)值0.4～0.8之間，實(shí)測(cè)開(kāi)裂截面中心軸高度低于理論計(jì)算的開(kāi)裂截面中心軸高度，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可以滿(mǎn)足汽-15、掛-80荷載的設(shè)計(jì)及使用要求。

(6)加載前后，主梁跨中附近豎向受力裂縫最大縫寬由0.26 mm發(fā)展至0.29 mm，卸載后該裂縫縫寬未恢復(fù)至加載前寬度，結(jié)構(gòu)抗裂性不能滿(mǎn)足汽-15、掛-80荷載的設(shè)計(jì)及使用要求。

(7)在試驗(yàn)荷載作用下，實(shí)測(cè)的測(cè)點(diǎn)A處主拉應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)介于鋼筋混凝土梁橋應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)常見(jiàn)值0.4～0.8之間，并且實(shí)測(cè)的最大主拉應(yīng)力與理論計(jì)算的最大主拉應(yīng)力均小于混凝土的抗拉強(qiáng)度，試驗(yàn)孔梁端平面應(yīng)力狀態(tài)較好。

(8)在試驗(yàn)荷載作用下，4#橋墩的最大沉降量為5.1 mm，且卸載后變形未完全恢復(fù)。

綜上所述，結(jié)構(gòu)跨中截面豎向剛度、結(jié)構(gòu)正截面強(qiáng)度和最大剪力測(cè)點(diǎn)強(qiáng)度均能夠滿(mǎn)足汽-15、掛-80原設(shè)計(jì)荷載的要求，撓度殘余變形小于限值要求，結(jié)構(gòu)基本滿(mǎn)足平面變形假定。結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系較為薄弱，結(jié)構(gòu)抗裂性不足，4#橋墩的最大沉降量相對(duì)較大，達(dá)5.1 mm。

［1］宋一凡，賀拴海.公路橋梁荷載試驗(yàn)與結(jié)構(gòu)評(píng)定［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［2］諶潤(rùn)水，胡釗芳.公路橋梁荷載試驗(yàn)［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［3］胡大琳.橋涵工程試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2000.

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1008-3383(2012)11-0096-01

2012-04-17