波形鋼腹板PC 箱梁靜載試驗(yàn)及分析

江西省通途路橋工程有限公司，江西 南昌

波形鋼腹板PC 箱梁為上世紀(jì)所發(fā)展的一種新型組合結(jié)構(gòu)，即把原箱梁的混凝土腹板使用波形鋼腹板代替。與PC 箱梁相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：①鋼腹板為起伏的波浪形，使其抗剪壓屈強(qiáng)度較大。②通常腹板部分的鋼材重量比傳統(tǒng)混凝土腹板減輕了重量。因此在進(jìn)行懸臂施工時(shí)，可以增大每一塊段的長(zhǎng)度，縮短施工周期。

1 工程概況

該橋上部結(jié)構(gòu)：69m+4×120m+69m波形鋼腹板PC連續(xù)箱梁；下部結(jié)構(gòu)：橋墩為重力式實(shí)體墩，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)荷載等級(jí)：公路一級(jí)。

橋梁立面圖橫斷面圖如圖所示：

圖1 橋梁立面圖（單位：cm）

圖2 波形鋼腹板PC 梁橫截面圖（單位：cm）

2 MidasCivil 模型計(jì)算

2.1 Midas Civil 模型

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)本橋進(jìn)行建模，分析其在公路一級(jí)荷載作用下，計(jì)算橋梁的受力狀況，并以此為依據(jù)確定實(shí)驗(yàn)所選試驗(yàn)截面［1］，梁截面采用MidasCivil 里面的設(shè)計(jì)截面直接輸入，梁端支座采用滑動(dòng)鉸支座來(lái)進(jìn)行模擬，橋梁的結(jié)構(gòu)二期荷載按照設(shè)計(jì)要求施加［2］，橋梁MidasCivil 模型圖下圖所示：

圖3 橋梁MidasCivil 模型（單位：cm）

2.2 計(jì)算結(jié)果及分析

試驗(yàn)中，選取的控制截面參考相關(guān)荷載試驗(yàn)規(guī)范規(guī)定，選取橋梁受力最不利的截面。本橋采用Midas Civil進(jìn)行建模計(jì)算，計(jì)算荷載等級(jí)采用公路一級(jí)，并根據(jù)等效荷載效應(yīng)選擇試驗(yàn)車輛。

本次試驗(yàn)選取J1、J3、J2 截面為控制截面，分別代表邊跨最大正彎矩、支座最大負(fù)彎矩、中跨最大正彎矩，測(cè)試截面位置示意圖見(jiàn)圖所示。

圖4 移動(dòng)荷載彎矩圖

圖5 靜載試驗(yàn)控制截面位置圖（mm）

3 檢測(cè)目的

荷載試驗(yàn)主要測(cè)量橋跨結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形，從而對(duì)橋梁的承載力和工作特性進(jìn)行評(píng)定。結(jié)構(gòu)在自重、汽車或人群作用下，把控制斷面應(yīng)力和撓度與理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比分析，判定其是否滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求，為橋梁的后期運(yùn)營(yíng)及養(yǎng)護(hù)提供技術(shù)支持。

4 靜載試驗(yàn)

4.1 靜載試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置

4.1.1 應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置

梁及其他構(gòu)件均按照從左到右（面向橋臺(tái)號(hào)增加方向）依次編號(hào)。應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置在控制截面箱梁底板和內(nèi)部，從左到右編號(hào)為J1-1～J1-17、G1-1～G1-12、J2-1～J2-17、G2-1～G2-12、J3-1～J3-11、G3-1～G3-12，混凝土應(yīng)變測(cè)點(diǎn)共57 個(gè)（其中J3截面腹板為混凝土結(jié)構(gòu)，G3-1～G3-12 為混凝土應(yīng)變片），鋼筋應(yīng)變測(cè)點(diǎn)共24 個(gè)，測(cè)量結(jié)構(gòu)應(yīng)變。J2、截面應(yīng)變布置同J1 截面。

梁及其他構(gòu)件均按照從左到右（面向橋臺(tái)號(hào)增加方向）依次編號(hào)。撓度測(cè)點(diǎn)布置在控制截面梁體底面，每個(gè)截面3 個(gè)測(cè)點(diǎn)，從左到右編號(hào)為L(zhǎng)1-1～L1-3、L2-1～L2-3，共計(jì)6 個(gè)位移測(cè)點(diǎn)。

4.2 加載方案設(shè)計(jì)

4.2.1 試驗(yàn)荷載確定

根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，將公路一級(jí)汽車荷載（含汽車沖擊力）計(jì)算作為設(shè)計(jì)控制值。為達(dá)到試驗(yàn)效果，以汽車荷載產(chǎn)生效應(yīng)與設(shè)計(jì)控制值作比較，并采用荷載效率進(jìn)行控制，加載效率控制為0.85～1.05 之間。

4.3 靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

4.3.1 結(jié)構(gòu)彈性性能分析

本橋?yàn)椴ㄐ武摳拱暹B續(xù)梁，根據(jù)對(duì)荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，判定橋梁的彈性性能。根據(jù)彈性理論及平截面假定，彎矩與應(yīng)變、彎矩與撓度存在線性比例關(guān)系，因此通過(guò)彎矩與應(yīng)變、彎矩與撓度的關(guān)系曲線可以判明橋梁是否處于彈性工作狀態(tài)［3］。

4.3.1.1 跨中彎矩—應(yīng)變關(guān)系

針對(duì)該橋分析J1、J2、J3 控制截面各工況在分級(jí)加載時(shí)彎矩與混凝土的應(yīng)變關(guān)系，選擇應(yīng)變最大測(cè)點(diǎn)，其結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表所示，其關(guān)系曲線圖見(jiàn)圖所示。

表1 工況一J1-1 測(cè)點(diǎn)彎矩-混凝土應(yīng)變關(guān)系表

圖6 工況一J1-1 測(cè)點(diǎn)彎矩-應(yīng)變關(guān)系曲線

表2 工況二J2-1 測(cè)點(diǎn)彎矩-混凝土應(yīng)變關(guān)系表

圖7 工況二J2-1 測(cè)點(diǎn)彎矩-應(yīng)變關(guān)系曲線

表3 工況三J3-1 測(cè)點(diǎn)彎矩-混凝土應(yīng)變關(guān)系表

圖8 工況三J3-1 測(cè)點(diǎn)彎矩-應(yīng)變關(guān)系曲線

通過(guò)上圖和表可得出，試驗(yàn)車輛對(duì)跨中截面產(chǎn)生的彎矩效應(yīng)與實(shí)測(cè)混凝土應(yīng)變的關(guān)系曲線基本呈線性，表明橋梁處于較好的彈性工作狀態(tài)。

4.3.1.2 跨中彎矩—撓度關(guān)系

針對(duì)該橋分析J1、J2 控制截面在各工況下分級(jí)加載時(shí)跨中彎矩與撓度的關(guān)系，其結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表所示，其關(guān)系曲線見(jiàn)圖所示。

表4 工況一L1-1 測(cè)點(diǎn)彎矩-撓度關(guān)系表

圖9 工況一 L1-1 測(cè)點(diǎn)彎矩-撓度關(guān)系曲線

表5 工況三L2-1 測(cè)點(diǎn)彎矩-撓度關(guān)系表

圖10 工況三1#梁L2-1 測(cè)點(diǎn)彎矩-撓度關(guān)系曲線

通過(guò)上圖和表可得出，試驗(yàn)加載車對(duì)跨中截面產(chǎn)生的彎矩與實(shí)測(cè)撓度的關(guān)系曲線基本呈線性，表明橋梁處于較好的彈性工作狀態(tài)。

4.3.2 剛度性能分析

根據(jù)第四聯(lián)布置的輔助撓度測(cè)試斷面，可繪制出邊跨與中跨在偏載工況下的實(shí)測(cè)縱向撓度曲線與理論縱向撓度曲線對(duì)比圖，其結(jié)果對(duì)比曲線如圖和表所示。

表6 偏載工況下的撓度對(duì)比表

圖11 工況一偏載下?lián)隙惹€對(duì)比圖

（2）特征值合格法。大部分省市及監(jiān)督巡查均采用特征值計(jì)算構(gòu)件（測(cè)區(qū)）合格率，該方法優(yōu)點(diǎn)是能夠綜合考慮各測(cè)點(diǎn)值的離散情況，按統(tǒng)計(jì)分析的方法來(lái)判定鋼筋保護(hù)層厚度對(duì)結(jié)構(gòu)鋼筋耐久性的影響，有據(jù)可依，缺點(diǎn)是計(jì)算繁瑣。對(duì)于批量構(gòu)件，構(gòu)件合格率=合格構(gòu)件數(shù)/總構(gòu)件數(shù)；對(duì)于單個(gè)構(gòu)件，可以采取兩種方法進(jìn)行評(píng)定：①根據(jù)各測(cè)點(diǎn)保護(hù)層厚度，計(jì)算全部保護(hù)層測(cè)點(diǎn)平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、特征值，然后根據(jù)特征值是否在范圍內(nèi)，判定該構(gòu)件是否合格。②將構(gòu)件分為若干測(cè)區(qū)，每個(gè)測(cè)區(qū)布置若干測(cè)點(diǎn)（測(cè)點(diǎn)不宜過(guò)少，一般不小于10 個(gè)）按第一種方法，每個(gè)測(cè)區(qū)分別計(jì)算測(cè)區(qū)特征值，首先判定各測(cè)區(qū)是否合格，然后計(jì)算構(gòu)件合格率，該構(gòu)件合格率=合格測(cè)區(qū)數(shù)/總測(cè)區(qū)數(shù)；根據(jù)《公路水運(yùn)建設(shè)工程質(zhì)量安全督查辦法的通知》交安監(jiān)發(fā)〔2016〕86 號(hào)［4］，采用電磁方法檢測(cè)，按統(tǒng)計(jì)方法評(píng)定，特征值與設(shè)計(jì)值比值介于0.9～1.3 的為合格，但應(yīng)注意電磁法不適用含鐵磁性物質(zhì)的混凝土保護(hù)層厚度檢測(cè)，對(duì)結(jié)果有爭(zhēng)議時(shí)可用破損法驗(yàn)證。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前公路工程暫無(wú)針對(duì)鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)結(jié)果的判定標(biāo)準(zhǔn)，特征值法運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，將反映測(cè)點(diǎn)離散程度的標(biāo)準(zhǔn)差引入計(jì)算，結(jié)果更有代表性，能真實(shí)反映實(shí)體保護(hù)層質(zhì)量水平，避免了不同規(guī)范允許偏差取值的困擾，合理界定特征值的合格評(píng)定范圍后，值得推廣應(yīng)用。

工程中無(wú)論運(yùn)用何種評(píng)定方法，施工方都應(yīng)在施工過(guò)程中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)值來(lái)控制保護(hù)層厚度，同時(shí)努力提高混凝土澆筑密實(shí)性，切實(shí)保障結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土的耐久性能。