某項目3 ×25m 預(yù)應(yīng)力箱梁橋試驗檢測分析

■李艷兵 ■山西省公路工程監(jiān)理技術(shù)咨詢公司，山西 太原 030006

1 工程概況

本項目位于＊＊＊＊＊＊＊＊。橋位中心樁號為K0 +408，橋梁全長81m，前右角90 度，上部結(jié)構(gòu)采用3 孔25 米先簡支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，下部結(jié)構(gòu)橋墩采用柱式墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ);橋臺采用鉆孔灌注樁基接蓋梁及肋板臺。本橋位于直線段內(nèi)，墩臺徑向布置。

設(shè)計荷載:公路-I 級;

橋面凈寬:凈-9.00m;

地震動峰值加速度:0.1g;

設(shè)計洪水頻率:1/100

2 檢測、評定依據(jù)

(1)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/TJ21-2011);(2)《公路工程技術(shù)標準》(JTGB01-2003);(3)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTGD60-2004);(4)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTGD62-2004);(5)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ041-2000);(6)《混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標準》(GB50152-2012);(7)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2010);(8)與本次評定相關(guān)的圖紙及工程資料等。

3 現(xiàn)場試驗項目

(1)靜載試驗。①試驗荷載下各箱梁撓度的縱向分布;②試驗荷載下跨中截面撓度的橫面分布;③試驗荷載下各箱梁跨中截面應(yīng)變;④試驗荷載下橋墩沉降。

(2)動載試驗。①橋梁結(jié)構(gòu)單跨自振頻率與阻尼。

4 靜載試驗

4.1 靜載試驗方案

(1)試驗加載工況。本橋靜載試驗采用汽車加載，為方便試驗，將公路-I 級重車(550kN)由兩輛280kN 三軸試驗車輛來替代，使其對控制截面產(chǎn)生與公路-I 級重車相當?shù)暮奢d效應(yīng)。經(jīng)過計算，本次試驗中共需要4 輛280kN 的三軸重車。試驗時，委托方提供的車輛分別為:霸龍重卡(滿載總重27.84t)、福田歐曼(滿載總重27.88t)、東方153(滿載總重27.90t)、陜汽華山(滿載總重28.02t)。根據(jù)現(xiàn)場情況與試驗?zāi)康模敬戊o載試驗采用以下2 個加載工況。

工況I:邊跨跨中截面在最不利汽車中載作用下的最大正彎矩效應(yīng);工況II:邊跨跨中截面在最不利汽車偏載作用下的最大正彎矩效應(yīng)。

4.2 試驗內(nèi)容與方法

(1)應(yīng)力(應(yīng)變)測試。主梁應(yīng)力控制截面混凝土表面應(yīng)力(應(yīng)變)，采用在混凝土表面粘貼標距為100mm、阻值為120Ω 的應(yīng)變片，WDAQ-1002 無線應(yīng)變信號采集系統(tǒng)進行測量。(2)撓度測試。主梁控制截面撓度的測量采用百分表進行測試。

4.3 靜載試驗規(guī)則

(1)靜力試驗原則上宜選擇在氣溫不大于2℃和結(jié)構(gòu)溫度趨于穩(wěn)定的時間間隔內(nèi)進行。試驗過程中在量測試驗荷載作用下結(jié)構(gòu)相應(yīng)的同時相應(yīng)地測量結(jié)構(gòu)表面溫度。

(2)正式加載試驗前，用兩輛載重車輛分別進行各跨跨中橫橋向?qū)ΨQ的預(yù)加載測試，預(yù)加載試驗每一加載載位的持荷時間為20 分鐘。預(yù)加載卸至零荷載，并在結(jié)構(gòu)得到充分的零荷恢復(fù)后，才可進入正式加載試驗。

(3)靜力試驗荷載持續(xù)時間，原則上取決于結(jié)構(gòu)變位達到相對穩(wěn)定所需的時間，只有結(jié)構(gòu)變位達到相對穩(wěn)定后，才能進入下一荷載階段。同一級荷載內(nèi)，若結(jié)構(gòu)變位最大的測點在最后5 分鐘內(nèi)的變位增量小于第一個5 分鐘變位增量的15%，或小于所用量測儀器最小分辨值，即認為結(jié)構(gòu)變位達到相對穩(wěn)定。

(4)全部測點在正式加載試驗前均應(yīng)進行零級荷載讀數(shù)，以后每次加載或卸載后應(yīng)讀數(shù)一次，并在結(jié)構(gòu)變位達到相對穩(wěn)定后，進入下一荷載之前再讀數(shù)一次。對結(jié)構(gòu)變位較大的測點，宜每隔5 分鐘觀測一次，以觀測結(jié)構(gòu)變位是否達到相對穩(wěn)定。

(5)在加載試驗荷載過程中，當某一加載工況接近滿載時(大于滿載量的80%)，應(yīng)將該工況后續(xù)加載車輛在測試橋跨的行車速度控制在10Km/h 以下;在卸載過程中，禁止多輛加載車輛同時啟動。

(6)若在加載過程中發(fā)生下列情況之一應(yīng)立刻終止加載試驗:①控制測點應(yīng)力或力值超過計算值并且達到或超過按規(guī)范安全條件反算控制應(yīng)力或力值時;②控制測點變位超過規(guī)范允許值時;③由于加載試驗使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)非正常的受力損傷或局部發(fā)生損壞，影響橋梁承載能力和今后正常使用時。

5 動載試驗

5.1 動載試驗方案

(1)測試方法。現(xiàn)場采用環(huán)境脈動法和強迫振動橋梁結(jié)構(gòu)的動力特性。環(huán)境脈動試驗利用高靈敏度的傳感器與動態(tài)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，借助于隨機信號數(shù)據(jù)處理技術(shù)，利用環(huán)境脈動激勵量測橋梁結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，進而確定出橋梁結(jié)構(gòu)的動力特性。該方法有效而簡便，不采用任何激振設(shè)備，而且對橋梁整體結(jié)構(gòu)沒有絲毫損傷。

(2)測試儀器設(shè)備。采用的主要測試設(shè)備為INV3062T 智能信號采集處理分析系統(tǒng)，采用DASPV10 大容量信號采集分析軟件，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、記錄、處理、顯示、分析、拷貝等動靜態(tài)測試過程的一體化處理。傳感器采用941B 型拾振器，有效頻率范圍0.2～80HZ。利用該套測試系統(tǒng)進行環(huán)境脈動試驗，可順利完成測試數(shù)據(jù)從采集、濾波、時域頻域轉(zhuǎn)換的全過程，從測試數(shù)據(jù)中判別出結(jié)構(gòu)的各階自振頻率，然后測得結(jié)構(gòu)的各階對應(yīng)振型。

(3)現(xiàn)場測試過程。為了盡可能多獲取該橋梁結(jié)構(gòu)的各階自振頻率與振型，對3 跨橋梁全部進行動測試驗測試，在每一跨的橋面上布置測點，安放傳感器。采用強迫振動法測試了每跨的固有頻率與阻尼，采用環(huán)境脈動法分別測試了該橋梁結(jié)構(gòu)的豎向扭轉(zhuǎn)振型。采用脈動法對橋梁上部結(jié)構(gòu)進行動測試驗，測點傳感器布置一般按照結(jié)構(gòu)振型形狀，在變位較大的部位布置測點，盡可能避開各階振型的節(jié)點。針對不同的振型測試，結(jié)構(gòu)橋面上測點位置布置，該動載試驗具體測試步驟如下:①針對不同振型測試，在橋面測點位置處安裝傳感器，將測點清理干凈，用粘合劑把傳感器粘貼在測點處;②連接傳感器，并將傳感器另一端接通測試儀器設(shè)備;③開啟設(shè)備及測試軟件后，進行示波，對示波波形進行歸一化調(diào)試后，開始采樣，每次采樣時間為30min，采樣完畢后自動保存。

6 橋梁結(jié)構(gòu)性能評定

6.1 橋梁結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)

對該橋梁結(jié)構(gòu)邊跨跨中截面的撓度與應(yīng)變校驗系統(tǒng)進行統(tǒng)計，其數(shù)值分布范圍列于下表。

橋梁結(jié)構(gòu)邊跨跨中截面的撓度與應(yīng)變校驗系數(shù)分布范圍

由表2 可知，結(jié)構(gòu)邊跨跨中測點撓度與應(yīng)變校驗系數(shù)均小于1.0，即主要測點的撓度、應(yīng)變實測值均小于理論計算值，根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21-2011)第8.2 條、第8.3 條規(guī)定，說明橋梁結(jié)構(gòu)是安全的，其承載能力滿足要求。

6.2 橋梁結(jié)構(gòu)動態(tài)性能

由上可知，結(jié)構(gòu)豎向、豎向扭轉(zhuǎn)各階自振頻率實測值與計算值比值均小于1.0，所以綜合評判，該橋梁結(jié)構(gòu)評定標度為“2”，整體動態(tài)工作性能屬“較好”狀態(tài)，該橋梁結(jié)構(gòu)具有一定的剛度儲備。

7 結(jié)論及建議

我公司對＊＊＊3х25m 箱梁橋進行了荷載試驗與檢測，根據(jù)靜載試驗結(jié)果，該橋梁結(jié)構(gòu)各測點的撓度與應(yīng)變校驗系數(shù)均小于1，說明該橋梁結(jié)構(gòu)是安全的，其承載能力滿足要求。根據(jù)動載試驗結(jié)果，該橋梁結(jié)構(gòu)評定標度為“2”，整體動態(tài)工作性能屬“較好”狀態(tài)，說明該橋梁結(jié)構(gòu)整體性較好，具有一定的剛度儲備。所以，該橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力與工作性能滿足設(shè)計要求及相關(guān)規(guī)范要求。