在役空心板橋橫向分布系數(shù)試驗研究

李 恒 蘇 鵬 魏景和 陽 浩

(廣東縱橫工程檢測有限公司，廣東 佛山 528000)

1 概述

預制裝配式橋梁具有結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、標準化施工質(zhì)量高等優(yōu)點，在我國預制裝配式鋼筋混凝土梁式橋，特別是中小跨徑橋梁中得以廣泛應用。而現(xiàn)役裝配式橋梁中空心板梁多采用企口縫，T梁和小箱梁多采用濕接縫連接形成整體，使結(jié)構(gòu)的協(xié)同受力能力顯著提高，但隨著運營時間增長，各梁間的橫向聯(lián)系易出現(xiàn)損壞，荷載在各主梁分配產(chǎn)生變異，容易形成“單梁受力”影響橋梁結(jié)構(gòu)整體性能，從而導致主梁破壞，甚至出現(xiàn)橋梁整體垮塌[1-3]。根據(jù)吉林省高速公路(長平等高速)500多座橋梁的病害統(tǒng)計顯示，梁間鉸縫滲水比例高達83.3%，表明裝配式橋梁橫向分布損傷普遍存在[4]。而空心板梁多采用企口縫，其橫向連接相對其他結(jié)構(gòu)形式更為薄弱，在實際運營中需要重點關(guān)注此類橋梁的橫向聯(lián)系情況，并進行維修加固處理，防止單板受力導致橋梁結(jié)構(gòu)損壞[5,6]。因此本文以空心板橋為研究對象，分析實際車輛作用下各主梁橫向聯(lián)系狀態(tài)，并對橋梁實際使用狀態(tài)進行評估[7]。

2 橋梁靜載試驗

2.1 試驗模型

為研究舊橋橫向分布系數(shù)，本次靜載試驗橋梁為1994年建成通車的預制裝配式空心板橋，橋梁全長455.82 m，跨徑組合為15×30，雙幅寬度為26 m，橋梁橫斷面為0.5 m(防撞欄桿)+11.0 m(機動車道)+2.0 m(中央分隔帶)+11.0 m(機動車道)+0.5 m(防撞欄桿)。該橋上部結(jié)構(gòu)采用30 m預應力混凝土簡支空心板，施工方法為預制先張法，空心板板高1.20 m，寬1.5 m，設計荷載為汽車—20級，掛車—100，人群荷載3.5 kN/m2。近期發(fā)現(xiàn)橋面鋪裝出現(xiàn)通長縱向裂縫，主梁鉸縫砂漿脫落嚴重，鉸縫失效可能已經(jīng)失效，重車通過使橋梁撓度偏大。為了解橋梁結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系實際狀況及橋梁結(jié)構(gòu)承載能力狀況，為后續(xù)養(yǎng)護維修提供依據(jù)，因此進行荷載試驗研究橋梁的橫向聯(lián)系狀況。

2.2 試驗流程

2.2.1試驗車輛選擇

荷載試驗車輛選擇不僅需考慮設計荷載中車軸重量，而且橋面已經(jīng)出現(xiàn)了縱向裂縫的現(xiàn)象，車輛軸重過重，易導致結(jié)構(gòu)局部破壞，因此本試驗選用車重約320 kN的三軸重車輛加載。

2.2.2加載位置確定

為了得到大量數(shù)據(jù)，本次選擇6處橫向加載位置，具體加載車輛分別作用位置如圖1中①～⑥所示。位移計設置在每片梁底支座和跨中截面，共24個。

2.2.3試驗結(jié)果

本次試驗實際加載車輛為323 kN，車輛分別作用在橫橋向①～⑥不同位置時各主梁跨中豎向位移實測彈性撓度如表1所示。

2.2.4理論分析值

橋梁主梁由多片主梁和橫隔梁組成，當橋梁在荷載p作用下，主梁因為橫向聯(lián)系的存在使得所有主梁不同程度參與受力。對于主梁某截面的內(nèi)力值s確定，橋梁在縱向和橫向均引入影響線概念，可將空間問題轉(zhuǎn)化為平面問題進行求解，s=p·η(x,y)≈p·η2(y)·η1(x)。其中，η(x,y)為空間影響面;η2(y)為單梁荷載沿橋面橫向y軸方向作用在不同位置時某梁所分配的荷載比值曲線;η1(x)為單梁在x軸方向某截面的內(nèi)力影響線。某梁所承受的荷載為車輪軸重乘以一個系數(shù)，此系數(shù)為橫向分布系數(shù)[8]。根據(jù)橫向分布模擬效應分類可分為反力橫向分布、內(nèi)力橫向分布和撓度橫向分布。反力橫向分布是利用橫向模型的支座反力的比例關(guān)系來實現(xiàn)的其橫向分布的模擬；內(nèi)力橫向分布實質(zhì)是利用橫向內(nèi)力影響線等效為荷載橫向分布系數(shù)；撓度橫向分布利用結(jié)構(gòu)撓度在橫橋向影響線來模擬其橫向分布影響線[9-12]。

橫向分布系數(shù)理論值是通過橋梁博士3.6軟件，利用剛接板法建立空間模型計算所得。首先求出荷載橫向影響線，然后得出荷載沿橋橫向作用不同位置時各主梁的橫向分布系數(shù)，表2為加載車橫橋向作用在①～⑥不同位置時各主梁的理論荷載橫向影響線豎標，按試驗荷載在橋上的實際布載位置計算而得。

表2 橫向分布系數(shù)影響線豎標理論計算值

2.2.5實測值與理論值對比分析

由圖2～圖9可知：1)橫向分布系數(shù)影響線變化趨勢與理論計算值比較相近，對稱性尚可，實測影響線分布連續(xù)性較好，未見明顯的單梁受力現(xiàn)象。2)當車輛作用位置靠近主梁時，橫向分布系數(shù)實測值要大于理論計算值，當車輛作用位置遠離主梁時，橫向分布系數(shù)理論值遠大于實測值，表明橫向分布聯(lián)系較理論弱。實際表現(xiàn)為橋面出現(xiàn)縱向裂縫，橋面開裂，鉸縫填料有脫落現(xiàn)象。3)實測的橫向分布系數(shù)影響線較理論值斜率大，并且位于兩側(cè)梁體較中間梁體更為明顯，可能實際運營中兩側(cè)梁體受力較為不利，導致橫向聯(lián)系損傷更為嚴重。

3 結(jié)語

通過靜載試驗發(fā)現(xiàn)此橋梁的橫向聯(lián)系剛度較理論值弱，同時邊梁橫向聯(lián)系剛度損傷較中梁更為嚴重，橋梁的整體性能有所下降。橋梁運營管養(yǎng)中如發(fā)現(xiàn)橋面開裂和鉸縫脫落現(xiàn)象應該引起足夠的重視，加強管理和養(yǎng)護，并及時加固，防止橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)單梁受力現(xiàn)象。