不中斷交通狀態(tài)下預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T型梁橋荷載試驗(yàn)研究

李萬(wàn)德

(1.遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 沈陽(yáng)市 110166；遼寧大通公路工程有限公司 沈陽(yáng)市 110111)

0 引言

傳統(tǒng)的橋梁荷載試驗(yàn)需要封閉交通，會(huì)帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失，并造成出行不便，特別是高速公路等收費(fèi)公路及部分車流量大或地理位置重要的國(guó)省道主干線封閉交通存在交通組織上的難度，如何在不中斷交通情況下進(jìn)行橋梁荷載試驗(yàn)就成為了亟待解決的問(wèn)題。

試驗(yàn)封閉交通主要有以下四點(diǎn)原因：

(1)對(duì)結(jié)構(gòu)安全考慮，國(guó)內(nèi)對(duì)試驗(yàn)加載效率的取值一般為0.95～1.05之間，開(kāi)放交通后，一定概率情況下會(huì)出現(xiàn)其它非試驗(yàn)車輛混入試驗(yàn)橋的問(wèn)題，在混入車輛疊加后的作用下橋梁可能出現(xiàn)過(guò)載的安全問(wèn)題；

(2)傳統(tǒng)靜力荷載試驗(yàn)的觀念認(rèn)為：對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)施加荷載后，結(jié)構(gòu)響應(yīng)穩(wěn)定必須要有一定的持荷時(shí)間；

(3)車橋耦合作用引起的結(jié)構(gòu)響應(yīng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)靜力荷載下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)尚未有完整的理論實(shí)踐體系；

(4)早期橋梁荷載試驗(yàn)儀器設(shè)備落后，試驗(yàn)多采用機(jī)械式儀表，需要人工進(jìn)行讀數(shù)，無(wú)法得到結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)數(shù)據(jù)。

通過(guò)某高速公路30m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁橋的荷載試驗(yàn)，分析其在移動(dòng)荷載與靜力荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)的差異情況，對(duì)建立不中斷交通狀態(tài)下進(jìn)行橋梁荷載試驗(yàn)方法的可行性進(jìn)行探索性研究。

1 加載試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 加載試驗(yàn)概況

以某高速公路30m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁橋?yàn)樵囼?yàn)研究對(duì)象。該橋計(jì)算跨徑l0=29.1m，主梁采用強(qiáng)度等級(jí)為50號(hào)混凝土的帶馬蹄T形截面，梁高2.0m，高跨比為1/14.55。采用5片跨度內(nèi)橫隔梁，中心距為7.5m。設(shè)計(jì)荷載為汽車-超20級(jí)，掛車-120。橋梁橫向布置如圖1所示。

1.2 靜載試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用剛接梁法計(jì)算該橋的荷載橫向分布系數(shù)得出該橋最大分布系數(shù)主梁為路線外側(cè)邊主梁，本次加載試驗(yàn)工況設(shè)計(jì)為偏載作用下邊主梁跨中最大正彎矩加載，控制截面為邊梁跨中截面，測(cè)試內(nèi)容為跨中截面撓度、跨中截面應(yīng)變和支點(diǎn)位移。

試驗(yàn)共使用4輛前二后八輪共3軸載重汽車進(jìn)行加載，車輛依次上橋停在指定加載位置完成分級(jí)加載過(guò)程。試驗(yàn)加載效率如表1所示，試驗(yàn)車輛布置見(jiàn)圖2、圖3所示。

表1 邊主梁試驗(yàn)加載效率

1.3 移動(dòng)荷載試驗(yàn)設(shè)計(jì)

車輛沖擊對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)會(huì)產(chǎn)生增大的影響，為模擬移動(dòng)荷載加載，要求車輛緩慢勻速行駛，且需避免車輛在橋上加減速。本次試驗(yàn)加載車同向行駛，按靜載試驗(yàn)加載車輛間相對(duì)橫向、縱向位置和加載車數(shù)量分四級(jí)駛過(guò)橋梁，行駛速度均為5km/h。

2 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

2.1 支點(diǎn)位移分析

為得到橋梁結(jié)構(gòu)因彎曲而產(chǎn)生的真實(shí)撓度結(jié)果，在試驗(yàn)中一般需剔除支座因受壓變形而產(chǎn)生的豎向位移。本次試驗(yàn)靜載與移動(dòng)荷載作用下支點(diǎn)位移對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表2，靜載與移動(dòng)荷載作用下支點(diǎn)位移見(jiàn)圖4。

表2 邊主梁梁支點(diǎn)位移(單位：mm)

從圖表可以看出，各級(jí)移動(dòng)荷載作用下的支點(diǎn)位移小于靜載作用下支點(diǎn)位移，分析其原因?yàn)橄鹉z支座完成受壓變形存在一定的延遲時(shí)間；移動(dòng)荷載與靜載作用下支座位移的差值比例隨著荷載的增加在逐漸減小。

2.2 校驗(yàn)系數(shù)分析

移動(dòng)荷載行駛通過(guò)簡(jiǎn)支梁橋?yàn)榻Y(jié)構(gòu)從加載到卸載的過(guò)程，低速行駛的移動(dòng)車輛對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的動(dòng)力響應(yīng)程度是否可忽略，對(duì)模擬靜力荷載試驗(yàn)至關(guān)重要，以下對(duì)比分析了跨中截面撓度和梁底應(yīng)變的移動(dòng)荷載時(shí)程曲線與靜載持荷結(jié)果的關(guān)系，跨中截面撓度數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示。

表3 邊主梁跨中撓度(單位：mm)

跨中截面撓度曲線如圖5所示。

從跨中截面撓度試驗(yàn)結(jié)果可以看出：在移動(dòng)荷載作用下跨中撓度時(shí)程曲線光滑，車橋振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)撓度響應(yīng)的影響較小；移動(dòng)荷載的時(shí)程曲線最大值與靜載持荷值間的差值比例為0%～5%，校驗(yàn)系數(shù)相差4%，移動(dòng)荷載可代替靜力荷載對(duì)結(jié)構(gòu)撓度校驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

跨中截面梁底應(yīng)變數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 1號(hào)梁跨中梁底應(yīng)變

跨中截面梁底應(yīng)變?nèi)鐖D6所示。

從跨中截面梁底試驗(yàn)結(jié)果可以看出：在移動(dòng)荷載作用下跨中撓度時(shí)程曲線光滑，車橋振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)撓度響應(yīng)的影響較小；移動(dòng)荷載的時(shí)程曲線最大值與靜載持荷值間的差值比例為2%～12%，梁底應(yīng)變的差值比例隨著荷載級(jí)別增加而減小，校驗(yàn)系數(shù)相差2%，移動(dòng)荷載可代替靜力荷載對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.3 荷載橫向分布影響分析

為研究移動(dòng)荷載與靜力荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)的橫向分布差異，對(duì)比分析了1號(hào)邊主梁在荷載最不利加載時(shí)的各片梁橫向分布關(guān)系如表5、圖7所示。

從結(jié)構(gòu)跨中撓度橫向分布可以看出，移動(dòng)荷載與靜載對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)影響差值較小，可代替靜力荷載對(duì)結(jié)構(gòu)橫向分布進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表5 荷載橫向分布系數(shù)分析

2.4 相對(duì)殘余變形分析

相對(duì)殘余變形是反映結(jié)構(gòu)是否處于線彈性工作階段的重要參數(shù)指標(biāo)，移動(dòng)荷載與靜力荷載下結(jié)構(gòu)相對(duì)殘余變形如表6所示。

表6 相對(duì)殘余變形分析

從結(jié)構(gòu)跨中撓度橫向分布可以看出，移動(dòng)荷載與靜載下結(jié)構(gòu)相對(duì)殘余變形相同，可代替靜力荷載對(duì)結(jié)構(gòu)橫向分布進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3 結(jié)論

通過(guò)5km/h速度下移動(dòng)荷載與靜力荷載試驗(yàn)下橋梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)的對(duì)比分析，得出以下結(jié)論：

(1)低速移動(dòng)荷載下支座最大受壓變形小于等靜力荷載下的最大變形，隨著荷載增加該變形的差值比例在不斷縮小；支座受壓變形速率滯后于結(jié)構(gòu)其它響應(yīng)速率。

(2)低速移動(dòng)荷載最不利加載主梁控制截面的結(jié)構(gòu)響應(yīng)最大值與靜載試驗(yàn)持荷值相差較小，撓度校驗(yàn)系數(shù)結(jié)果相差4%，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)結(jié)果相差2%，校驗(yàn)系數(shù)結(jié)果可用于結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)評(píng)價(jià)。

(3)低速移動(dòng)荷載與靜力荷載的荷載橫向分布幾乎結(jié)果相同，移動(dòng)荷載可代替靜力荷載用于結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系的評(píng)價(jià)。

(4)低速移動(dòng)荷載產(chǎn)生的相對(duì)殘余變形與靜力荷載試驗(yàn)結(jié)果相同，說(shuō)明低速移動(dòng)荷載可應(yīng)用于結(jié)構(gòu)線彈性狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

通過(guò)以上分析結(jié)論得出，在不中斷交通狀態(tài)下采用低速移動(dòng)荷載替換靜力荷載進(jìn)行荷載試驗(yàn)評(píng)價(jià)具有一定的可行性，可進(jìn)行適當(dāng)推廣應(yīng)用。