淺論橋梁靜荷載試驗(yàn)分析判定

張美金(貴州省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司)

淺論橋梁靜荷載試驗(yàn)分析判定

張美金(貴州省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司)

橋梁荷載試驗(yàn)是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)承載能力最為有效的方法。橋梁試驗(yàn)包括靜力荷載試驗(yàn)和動(dòng)力荷載試驗(yàn)兩部分，一般以靜力荷載為主。通過(guò)橋梁抽檢跨靜力荷載試驗(yàn)，可以了解抽檢跨結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形情況、實(shí)際工作性能和工程質(zhì)量，并以此為依據(jù)對(duì)橋梁的實(shí)際承載能力是否滿足設(shè)計(jì)要求進(jìn)行評(píng)估。因此，橋梁荷載試驗(yàn)是對(duì)橋梁檢測(cè)維護(hù)必要的工作。以某橋梁靜荷載試驗(yàn)為例，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的圖表數(shù)據(jù)的分析，從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)剛度、結(jié)構(gòu)抗裂性三個(gè)方面進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求評(píng)定。

橋梁;靜荷載;試驗(yàn);強(qiáng)度;剛度;抗裂性

1 橋梁檢測(cè)的作用和目的

(1)對(duì)橋梁進(jìn)行全面的普查，發(fā)現(xiàn)缺陷并分析缺陷對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全及正常使用的影響程度。

(2)通過(guò)橋梁抽檢跨靜力荷載試驗(yàn)，了解抽檢跨結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形情況，對(duì)其實(shí)際承載能力進(jìn)行評(píng)估。

(3)通過(guò)橋梁抽檢跨靜力荷載試驗(yàn)，了解抽檢跨結(jié)構(gòu)當(dāng)前的實(shí)際受力狀況及其工作性能，并為以后的營(yíng)運(yùn)、養(yǎng)護(hù)管理提供依據(jù)。

(4)通過(guò)橋梁抽檢跨動(dòng)力荷載試驗(yàn)，了解其結(jié)構(gòu)當(dāng)前實(shí)際工作性能和工程質(zhì)量，識(shí)別結(jié)構(gòu)現(xiàn)有狀態(tài)，并為今后維修和養(yǎng)護(hù)提供依據(jù)。

2 某橋梁靜荷載試驗(yàn)分析判定探究

2.1 工程概況

貴州某大橋?yàn)檎w式路基橋，為跨越山間深谷而設(shè)。右幅橋采用40 m+100 m+100 m+3×40 m，主橋?yàn)門型剛構(gòu)，主橋跨徑組合為100 m+100 m預(yù)應(yīng)力混凝土T型剛構(gòu)橋，主橋施工方式采用懸臂施工。主橋全部位于縱坡為2.6%的單向坡上。上部采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，由于橋面較寬，主梁采用單箱單室，箱頂寬12 m，箱底款6.5 m，單側(cè)懸臂寬度2.75 m。

取此大橋右幅主橋第二跨，前進(jìn)岸引橋第二跨作為試驗(yàn)對(duì)象。本次荷載試驗(yàn)選次試驗(yàn)采用橋梁檢測(cè)車所提供的檢測(cè)平臺(tái)，依據(jù)外觀檢查結(jié)果及試驗(yàn)安全規(guī)程，進(jìn)行靜力荷載試驗(yàn)。如圖1所示。

圖1 某大橋右幅橋型布置(單位：cm)

2.2 結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算

該大橋通過(guò)Midas/Civil計(jì)算軟件模擬完成對(duì)其右幅結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析計(jì)算。通過(guò)模擬分析，對(duì)其結(jié)果進(jìn)行篩選，定出該橋的最不利受力截面，并參考其他在役同類型橋梁使用過(guò)程中及本橋在外觀檢查中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，選定本次荷載試驗(yàn)的試驗(yàn)控制截面。通過(guò)計(jì)算，得出各控制截面在設(shè)計(jì)荷載作用下的最大撓度和最大內(nèi)力值，繪制出測(cè)試截面的撓度影響線和內(nèi)力影響線，為荷載試驗(yàn)中各工況的車輛布置做好準(zhǔn)備。

控制截面的截面信息以及在設(shè)計(jì)荷載作用下的最大彎矩值，設(shè)計(jì)荷載作用下的內(nèi)力及應(yīng)力值見(jiàn)表1～表2。

表1 某大橋右幅各控制截面在公路I級(jí)作用下的內(nèi)力計(jì)算值

表2 某大橋右幅各控制截面在公路I級(jí)作用下的應(yīng)力計(jì)算值

2.3 主要試驗(yàn)內(nèi)容

根據(jù)橋梁外觀檢查結(jié)果和相關(guān)結(jié)構(gòu)計(jì)算數(shù)據(jù)，確定本次試驗(yàn)為基本荷載試驗(yàn)，控制荷載按設(shè)計(jì)荷載進(jìn)行控制。

擬用緩慢行駛到橋上特定載重級(jí)別的車輛荷載作為靜力荷載，對(duì)抽檢跨加載和卸載。在試驗(yàn)的過(guò)程中進(jìn)行如下工作。

(1)對(duì)控制截面進(jìn)行應(yīng)變測(cè)試。

(2)對(duì)控制截面進(jìn)行撓度觀測(cè)。

(3)對(duì)控制截面進(jìn)行裂縫觀測(cè)。

2.4 試驗(yàn)截面及測(cè)點(diǎn)布置

(1)應(yīng)變測(cè)試截面

根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果，應(yīng)力測(cè)試截面設(shè)置了3個(gè)截面作為應(yīng)力測(cè)試截面。如圖2所示的K1～K3。

其中K1截面為主橋第二跨最大正彎截面(距離該跨跨中14 m位置)，K2為主橋第二跨0#塊箱梁截面，K3為XXX岸引橋第二跨1/2截面。

圖2 應(yīng)變測(cè)試截面布置示意圖

本次荷載試驗(yàn)全橋共設(shè)置了30個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，K1、K2、K3截面各設(shè)置10個(gè)測(cè)點(diǎn)。在各個(gè)測(cè)點(diǎn)都安裝好電阻應(yīng)變片，注意電阻應(yīng)變片的測(cè)試方向必須與所測(cè)試的截面的受力方向要一致。

(2)撓度試驗(yàn)截面及測(cè)點(diǎn)布置

①撓度測(cè)試截面

通過(guò)計(jì)算分析比較后，主橋?qū)⒋郎y(cè)橋跨的八分點(diǎn)處截面確定為試驗(yàn)時(shí)的撓度控制截面，引橋?qū)⒋郎y(cè)橋垮的4分點(diǎn)處截面確定為試驗(yàn)時(shí)的撓度控制截面。各控制截面縱向位置見(jiàn)表2。

表2 撓度測(cè)試截面縱向位置表

②撓度測(cè)點(diǎn)布置

在本次荷載試驗(yàn)中，全橋共設(shè)有6個(gè)撓度控制截面，各截面在左右側(cè)均設(shè)置了撓度測(cè)點(diǎn)，如圖3所示。將測(cè)量尺放置在撓度測(cè)點(diǎn)處的護(hù)欄邊，并使用2臺(tái)高精度水準(zhǔn)儀進(jìn)行豎向位移的觀測(cè)。全橋共設(shè)置了12個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)。

圖3 撓度測(cè)點(diǎn)橫截面布置示意圖

2.5 測(cè)試系統(tǒng)

撓度測(cè)試。

應(yīng)變觀測(cè)。

裂縫觀測(cè)。

2.6 橋梁評(píng)定

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，最后對(duì)此橋梁的評(píng)定如下。

2.6.1 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

在此大橋右幅進(jìn)行的各試驗(yàn)截面加載工況下：大橋右幅的應(yīng)力測(cè)試值表現(xiàn)出與荷載存在較好的線性關(guān)系。試驗(yàn)橋跨在卸載后各測(cè)試截面恢復(fù)情況較好，相對(duì)殘余應(yīng)變較小，滿足《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》和《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》中所規(guī)定α1＜0.2的要求，表明大橋右幅的所抽檢結(jié)構(gòu)工作在彈性變形范圍內(nèi)。

2.6.2 結(jié)構(gòu)剛度

(1)從試驗(yàn)結(jié)果的表格的分析看出，撓度測(cè)試值與試驗(yàn)荷載存在較好的線性關(guān)系。試驗(yàn)橋跨在卸載后各測(cè)試截面恢復(fù)情況較好。所測(cè)截面撓度殘余值滿足《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》和《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》中所規(guī)定α1＜0.2的要求，表明此大橋右幅的所抽檢跨結(jié)構(gòu)工作在彈性變形范圍內(nèi)。

(2)通過(guò)對(duì)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)表格分析可知：在荷載作用下，測(cè)試截面的撓度校檢系數(shù)在0.57～0.85之間，并且最大撓度的數(shù)值＜L/600，說(shuō)明橋梁的所抽檢跨剛度滿足設(shè)計(jì)要求，并且具有一定的安全儲(chǔ)備。

2.6.3 結(jié)構(gòu)抗裂性

荷載試驗(yàn)前后均未發(fā)現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)存在裂縫，這表明該大橋的右幅抽檢跨抗裂性符合要求。

綜上所述：此大橋右幅抽檢跨在滿足橋梁靜力荷載試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的荷載作用下，各控制截面的應(yīng)力、撓度測(cè)試值與試驗(yàn)荷載間存在較好的線性關(guān)系，卸載后各控制截面殘余值滿足規(guī)定要求，表明橋梁抽檢跨結(jié)構(gòu)工作處于彈性變形范圍內(nèi)。各控制截面在實(shí)際汽車荷載作用下的應(yīng)力、撓度校驗(yàn)系數(shù)均小于1.0，說(shuō)明橋梁抽檢跨結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和剛度要求。

靜力荷載試驗(yàn)表明，此大橋右幅的抽檢跨結(jié)構(gòu)性能滿足設(shè)計(jì)荷載：公路-Ⅰ級(jí)作用下的正常使用要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

橋梁的靜荷載試驗(yàn)的目的就是檢測(cè)橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的圖表數(shù)據(jù)的分析，然后從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)剛度、結(jié)構(gòu)抗裂性三個(gè)方面進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求評(píng)定。

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U442

C

1008-3383(2013)07-0067-02

2013-01-17

張美金(1985-)，四川通江人，本科，研究方向：公路工程試驗(yàn)檢測(cè)。