某預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋靜力性能研究

吳玉鋒

摘要 橋梁靜載實驗可以直接呈現(xiàn)橋梁的實際工作狀態(tài)，為此，文章依據(jù)某預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋研究對象的實際情況，設(shè)計兩種工況，分別是橫向分布加載與偏載加載，并計算各級荷載下的橫向分布系數(shù)與相對殘余應(yīng)變，用于分析某預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板的靜力性能。實驗證明：該預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋的橫向聯(lián)系較優(yōu)，整個橋梁受力均勻，具備較優(yōu)的使用性能。該簡支空心板的相對殘余應(yīng)變在規(guī)定范圍內(nèi)，說明其處于彈性工作階段。

關(guān)鍵詞 某預(yù)應(yīng)力；混凝土；簡支空心板；靜力性能；橫向分布加載；偏載加載

中圖分類號 U446.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2023）14-0156-03

0 引言

中小跨徑橋梁內(nèi)常用的橋型為預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋，其特點(diǎn)為體積小、連接鋼筋薄弱[1]，利用鉸縫傳遞簡支空心板的豎向剪力，確保簡支空心板受力均勻。隨著科技的快速發(fā)展，超載車輛明顯增加，為此，橋梁結(jié)構(gòu)的荷載等級也需要提升[2]。在預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板靜力性能無法滿足車輛安全行駛時，簡支空心板會出現(xiàn)鉸縫損壞與板底裂縫等問題，嚴(yán)重影響橋梁的安全使用性能[3-5]。為此，研究某預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋靜力性能，為提升簡支空心板橋的安全使用性能提供參考，確保車輛行駛安全。

1 工程概況

以某省的某預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋為研究對象，該簡支空心板橋的通車時間為2001年，橋面鋪裝為LC40防水混凝土與瀝青混凝土，厚度分別為9 cm與11 cm。該簡支空心板橋的具體參數(shù)如表1所示。

2 靜力性能試驗設(shè)計

根據(jù)該橋梁的實際情況，設(shè)計2種加載工況，具體情況如下：

工況1：橫向分布加載。利用一輛車在橋面上施加荷載[6]，另一輛車后軸處于橋梁中心線上，并以該點(diǎn)為起點(diǎn)，開始施加荷載，分5級加載[7-8]。各級荷載下的車輪橫向位置如表2所示。

工況1時，預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋的橫向分布系數(shù)g計算公式如下：

式中，n——預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板數(shù)量；fi——第i個簡支空心板的測點(diǎn)撓度。

工況1時，各級荷載作用下，各預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板的理論橫向分布系數(shù)如表3所示。

工況2：偏載加載，分3級加載[9]。一級荷載為1號車加載；二級荷載為1、2號車輛同時加載；三級荷載為1、2、3號車同時加載[10]。

該橋梁內(nèi)包含10個預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板，測定布置結(jié)果如圖1所示。

該橋梁內(nèi)共安裝10個應(yīng)變計、15個位移計。

該預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋相對殘余應(yīng)變計算公式如下：

式中，fv——加載達(dá)到穩(wěn)定時的撓度；fi——加載前的撓度；fu——卸載后達(dá)到穩(wěn)定時的撓度。

3 實驗分析

分析工況1時，各級荷載下，各預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板的橫向分布系數(shù)如表4所示。

對比分析表3～4可知，各級荷載下該預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋的橫向分布系數(shù)，均略低于理論橫向分布系數(shù)，且相差較小，說明實際橫向分布系數(shù)與理論橫向分布系數(shù)間的擬合結(jié)果較優(yōu)，即該簡支空心板橋的實際橫向聯(lián)系并未出現(xiàn)顯著的改變，簡支空心板橋間的傳力性能較優(yōu)，整個橋梁受力均勻。

分析工況1時，各級荷載下，各預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板的應(yīng)變分析結(jié)果如表5所示。

分析表5可知，隨著荷載等級的增加，各預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板的實際應(yīng)變呈上升趨勢。簡支空心板1的最大應(yīng)變?yōu)?0.89 MPa；簡支空心板2的最大應(yīng)變?yōu)?7.99 MPa；簡支空心板3的最大應(yīng)變?yōu)?8.85 MPa；簡支空心板4的最大應(yīng)變?yōu)?0.14 MPa；簡支空心板5的最大應(yīng)變?yōu)?3.35 MPa；簡支空心板6的最大應(yīng)變?yōu)?3.67 MPa；簡支空心板7的最大應(yīng)變?yōu)?3.94 MPa；簡支空心板8的最大應(yīng)變?yōu)?6.91 MPa；簡支空心板9的最大應(yīng)變?yōu)?5.39 MPa；簡支空心板10的最大應(yīng)變?yōu)?2.13 MPa。在四級荷載下，各預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板的校驗系數(shù)均小于1，最高校驗系數(shù)為0.82，說明該預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋的應(yīng)變符合車輛安全通行的使用需求。卸載后，該預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋的相對應(yīng)變均較低，即該預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋的相對應(yīng)變均符合車輛安全通行的使用需求。

分析工況2時，該橋各預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板的相對殘余應(yīng)變的分析結(jié)果如表6所示。

分析表6可知，各級荷載下該預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋的殘余應(yīng)變均較小，平均殘余應(yīng)變?yōu)?.106 MPa；相對殘余應(yīng)變也均較小，均未超過規(guī)定的限值20%，平均相對殘余應(yīng)變?yōu)?.002%。綜合分析可知，該預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋的相對殘余應(yīng)變并未超過限值，說明其處于彈性工作階段，具備較優(yōu)的使用性能。

4 結(jié)論

以某預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋為研究對象，分析其在不同工況下的靜力性能。實驗結(jié)果表明：橫向分布加載時，各級荷載下，各級荷載下該預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋的橫向分布系數(shù)，與理論橫向分布系數(shù)相差較小，說明簡支空心板橋的實際橫向聯(lián)系并未出現(xiàn)顯著的改變，其傳力性能較優(yōu)，整個橋梁受力均勻；各級荷載下該預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋應(yīng)變的校驗系數(shù)均小于1，最高校驗系數(shù)僅為0.82，說明該預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋的應(yīng)變符合車輛安全通行的使用需求。偏載加載時，各級荷載下該預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋相對殘余應(yīng)變均較小，均未超過規(guī)定的限值20%，平均相對殘余應(yīng)變?yōu)?.002%。綜合分析可知，該預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋的相對殘余應(yīng)變并未超過限值，說明該簡支空心板橋處于彈性工作階段，具備較優(yōu)的使用性能。

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