基于靜載試驗的混凝土缺陷對橋梁受力性能影響研究

鐘彬

基于靜載試驗的混凝土缺陷對橋梁受力性能影響研究

鐘彬1，2

（1.福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所；2.福建省公路水運工程重點試驗室，福州350004）

摘要本文通過某橋荷載試驗的實測結(jié)果與空間有限元數(shù)值分析及理論計算結(jié)果的對比，對稱截面實測結(jié)果的比對，詳細(xì)分析了橋跨結(jié)構(gòu)混凝土存在缺陷時對橋跨結(jié)構(gòu)受力性能的影響。

關(guān)鍵詞橋梁荷載試驗有限元數(shù)值分析缺陷受力性能

1　引言

橋梁是公路的重要組成部分，現(xiàn)代橋梁發(fā)展歷史表明，橋梁荷載試驗與其設(shè)計分析理論的發(fā)展，是相輔相成的，要檢測已建成的橋梁結(jié)構(gòu)性能，評價橋梁的實際狀況，判定橋梁的實際承載能力，進一步探討其內(nèi)在的規(guī)律，深化發(fā)展橋梁設(shè)計理論，對橋梁進行荷載試驗，仍是必要的手段和方法。為了發(fā)展橋梁結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計理論，完善與提高橋梁施工工藝水平，積累有關(guān)橋梁技術(shù)數(shù)據(jù)和寶貴資料，橋梁荷載試驗無疑地發(fā)揮出重要、不可代替的作用。

本文通過某橋荷載試驗的實測結(jié)果與空間有限元數(shù)值分析及理論計算結(jié)果的對比，對稱截面實測結(jié)果的比對，詳細(xì)分析了橋跨結(jié)構(gòu)混凝土存在缺陷時對橋跨結(jié)構(gòu)受力性能的影響。

2　工程概況

上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁，橋跨布置為4× 30m的預(yù)應(yīng)力砼現(xiàn)澆箱梁橋。該聯(lián)橋面寬度為：0.5m（防撞欄）+19.50m（行車道）+0.5m（防撞欄）。該橋橫截面為單箱三室截面，箱高1.8m，箱底寬度為10.5m，翼緣板寬度3.50m，箱頂板厚0.25m，箱底板厚0.25m。下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩或薄壁墩配樁基。現(xiàn)澆箱梁采用C50砼，柱式墩、柱式墩蓋梁、承臺采用C30砼。設(shè)計荷載：公路-Ⅰ級。橋梁總體立面如圖1所示，跨中截面如圖2所示。

圖1　橋梁總體立面圖 （單位：m）

圖2　跨中截面示意圖 （單位：cm）

由于該橋第2跨跨中截面附近存在嚴(yán)重砼空洞露筋露波紋管，長度范圍達(dá)到3m（如圖3所示），因此選擇第2跨跨中病害截面和第3跨與該病害對稱的截面進行試驗，通過病害截面與完好截面的實測撓度和應(yīng)變數(shù)據(jù)的對比分析，評價該病害對該橋梁的整體受力性能的影響。

圖3　　橋梁病害圖

3　試驗概述

3.1有限元計算

采用MIDAS計算軟件建立該橋的空間有限元分析模型，全橋131個節(jié)點，120個梁單元，橋梁模型如圖4所示。

圖4　模型計算圖

3.2加載工況

依據(jù)橋跨結(jié)構(gòu)所得的活載內(nèi)力包絡(luò)圖及外觀檢查結(jié)果，荷載試驗測試截面與加載效率如表1所示。

表1　靜力試驗荷載效率計算一覽表

4　試驗結(jié)果分析

4.1評定方法

4.1.1校驗系數(shù)

校驗系數(shù)η是評定結(jié)構(gòu)工作狀況，確定橋梁承載能力的一個重要指標(biāo)，可以從中判定橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力的工作狀態(tài)。

實測結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)η是試驗的實測值與理論計算值的應(yīng)力或撓度之比，它反映結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)。

4.1.2相對殘余變位（或應(yīng)變）

殘余變位（或殘余應(yīng)變）按下列公式計算：

總變位（或總應(yīng)變）St＝Sl－Si；

彈性變位 （或彈性應(yīng)變）Se＝Sl－Su；

殘余變位 （或殘余應(yīng)變）Sp＝St－Se＝Su－Si；

式中：Si——加載前測值；

Sl——加載達(dá)到穩(wěn)定時測值；

Su——卸載后達(dá)到穩(wěn)定時測值。

引入相對殘余變位（或應(yīng)變）的概念描述結(jié)構(gòu)整體或局部進入塑性工作狀態(tài)的程度。

相對殘余變位（或應(yīng)變）按下式計算：

4.2撓度測試結(jié)果與分析

在試驗加載工況作用下，各控制截面的實測撓度及其與理論計算值的比較如表2所示。

4.3應(yīng)變測試結(jié)果與分析

在試驗加載工況作用下，各控制截面的實測應(yīng)變與理論計算值的比較如表3所示。

表2　各控制截面撓度分析表

5　結(jié)論

從表2和表3可以看出，第2跨跨中截面各測點在試驗荷載作用下實測撓度和應(yīng)變值呈線性漸變，無明顯的突變現(xiàn)象，且校驗系數(shù)與第3跨對稱截面基本一致，說明該處混凝土空洞露筋露波紋管對結(jié)構(gòu)整體受力性能的影響較小。

表3　各控制截面應(yīng)變分析表

參考文獻

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