東西關(guān)嘉陵江大橋靜載試驗(yàn)與評(píng)價(jià)

朱 永，劉 紅，何春梅，周 敏

(內(nèi)江師范學(xué)院 建筑工程學(xué)院，四川 內(nèi)江 641100)

1 橋梁工程概況

東西關(guān)嘉陵江大橋位于武勝縣烈面鎮(zhèn)。橋梁總長(zhǎng)416.5 m，寬11.5 m。橋面布置方式為：0.25 m(欄桿)+1.0 m(人行道)+9.0 m(行車(chē)道)+1.0 m(人行道)+0.25 m(欄桿)。本橋由主橋、引橋、引道組成，其中主橋上部結(jié)構(gòu)為4×75.0 m鋼筋混凝土箱型肋拱橋，主橋箱型拱肋，梁高為1.5 m，寬為2.4 m。左側(cè)引橋上部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土T型梁，跨徑組合為13 m+2×16 m+13 m；右側(cè)引橋上部結(jié)構(gòu)為拱上建筑的延續(xù)，采用4跨5.5 m橫置橋面板。

2 橋梁靜載試驗(yàn)主要項(xiàng)目

按照本橋結(jié)構(gòu)特性，選取主橋具有代表性橋跨進(jìn)行靜載試驗(yàn)，橋靜載試驗(yàn)項(xiàng)目如下。

(1)拱頂截面最大正彎矩截面加載試驗(yàn)；

(2)拱腳截面最大負(fù)彎矩截面加載試驗(yàn)；

(3)主拱L/4截面最大正、負(fù)彎矩加載試驗(yàn)。

3 橋梁靜載試驗(yàn)

3.1 加載方式及加載等級(jí)

靜載試驗(yàn)荷載效率系數(shù)ηQ定義為

(1)

式中：Rf、RS分別為試驗(yàn)加載效應(yīng)、設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)；μ為沖擊系數(shù)。

為確保橋梁在試驗(yàn)加載過(guò)程中結(jié)構(gòu)安全，靜載試驗(yàn)首先進(jìn)行控制工況加載：根據(jù)計(jì)算確定的加載水平及加載方式，本次試驗(yàn)將主橋分2次卸載，4級(jí)加載，4級(jí)加載的荷載效率系數(shù)分別為0.6、0.8、0.9和1.0，對(duì)ηQ=1.0的控制值測(cè)讀3次。其它各級(jí)加載僅對(duì)控制項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)讀、即時(shí)分析，用于判斷加載安全性，一般不作為正式測(cè)試數(shù)據(jù)記錄。

3.2 靜載試驗(yàn)測(cè)試方法

(1)應(yīng)變測(cè)試

主橋采取在橋梁結(jié)構(gòu)測(cè)試位置粘貼應(yīng)變片，根據(jù)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)儀器相應(yīng)讀數(shù)確定所測(cè)截面的應(yīng)變。

(2)撓度測(cè)試

主拱圈豎向撓度，采用在主拱圈跨中上下游兩側(cè)安裝棱鏡采用全站儀進(jìn)行測(cè)量。

3.3 測(cè)試斷面布置和測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)拱橋的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)及規(guī)范要求，選取試驗(yàn)橋跨兩個(gè)具有代表性拱肋的拱腳截面、L/4截面、L/2截面作為應(yīng)變測(cè)試截面，選取試驗(yàn)橋跨的L/2截面、L/4截面作為撓度測(cè)試截面。

東西關(guān)嘉陵江大橋試驗(yàn)橋跨主要測(cè)試項(xiàng)目如表1。

表1 試驗(yàn)橋跨主要測(cè)試項(xiàng)目匯總

其中：本橋試驗(yàn)橋跨試驗(yàn)工況為：

(1)工況一：拱腳最大負(fù)彎矩工況(正載/偏載)；

(2)工況二：拱頂最大正彎矩工況(正載/偏載)；

(3)工況三:L/4跨最大正彎矩工況(正載/偏載)；

(4)工況四:L/4跨最大負(fù)彎矩工況(正載/偏載)。

3.4 試驗(yàn)計(jì)算分析

橋梁設(shè)計(jì)荷載作用下內(nèi)力值采用結(jié)構(gòu)有限元分析軟件midas 2010建立空間結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分析。

3.5 試驗(yàn)荷載效率

對(duì)每一試驗(yàn)項(xiàng)目，所需車(chē)輛荷載的數(shù)量根據(jù)設(shè)計(jì)控制荷載最不利效應(yīng)值按下式所定原則等效換算而得：

(2)

本次試驗(yàn)的控制彎距是根據(jù)設(shè)計(jì)荷載采用midas 2010有限元軟件進(jìn)行計(jì)算，然后按等效荷載原則確定對(duì)應(yīng)的用車(chē)數(shù)量和對(duì)應(yīng)的輪位。試驗(yàn)荷載控制內(nèi)力及相應(yīng)的荷載效率系數(shù)見(jiàn)表2。

表2 設(shè)計(jì)控制彎距、等效試驗(yàn)荷載彎距及 相應(yīng)的試驗(yàn)荷載效率系數(shù)

3.6 靜載試驗(yàn)結(jié)果

(1)應(yīng)變測(cè)試結(jié)果

表3 應(yīng)變測(cè)試結(jié)果及數(shù)據(jù)分析 單位：με

續(xù)表3

(2)撓度測(cè)試結(jié)果

表4 撓度結(jié)果分析表

4 結(jié) 論

本次荷載試驗(yàn)加載效率在0.96～1.04之間，符合規(guī)范中對(duì)荷載試驗(yàn)荷載效率宜在0.95～1.05之間的要求。

根據(jù)應(yīng)變測(cè)試結(jié)果能夠得出結(jié)論，在試驗(yàn)荷載作用下，拱橋測(cè)試截面各應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)應(yīng)變值均小于理論計(jì)算值，校驗(yàn)系數(shù)在0.14～0.88之間，符合《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》(JTG/T J21-2011)中η≤1的規(guī)定。

根據(jù)撓度測(cè)試結(jié)果能夠得出結(jié)論，在試驗(yàn)荷載作用下，拱橋測(cè)試截面各撓度測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)應(yīng)變值均小于理論計(jì)算值，校驗(yàn)系數(shù)在0.26～0.75之間，符合《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》(JTG/T J21-2011)中η≤1的規(guī)定。

在等效荷載短期作用下，東西關(guān)嘉陵江大橋受力性能滿足公路-Ⅱ級(jí)，人群-3.0 kN/m2使用要求。