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        關(guān)于公路橋頭搭板的試驗(yàn)與檢測(cè)

        2009-09-18 08:50:56高士紅孔祥明
        關(guān)鍵詞:搭板橋頭舒適性

        高士紅 孔祥明

        摘要:橋頭搭板是一端簡(jiǎn)支在橋臺(tái)上,另一端擱置在橋頭引道路基或者路面結(jié)構(gòu)材料上的鋼筋混凝土板。在實(shí)際工程中也有在搭板下設(shè)置鋼筋混凝土枕梁的做法,依據(jù)搭板長(zhǎng)度的不同,枕梁有位于搭板遠(yuǎn)離臺(tái)端處和位于搭板中段下的不同位置;擬對(duì)高速公路通道橋兩端橋頭搭板進(jìn)行了試驗(yàn)與研究,其中靜載試驗(yàn)荷載作用下搭板底面對(duì)路基產(chǎn)生壓力大小,以便判斷是否有脫空即脫空位置,動(dòng)載試驗(yàn)內(nèi)容動(dòng)載試驗(yàn)是對(duì)通道橋頭搭板的動(dòng)力特性以及汽車(chē)荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)研究,并評(píng)價(jià)行車(chē)舒適性。本文通過(guò)對(duì)高速公路橋頭搭板靜載和動(dòng)載試驗(yàn)進(jìn)行研究,對(duì)橋頭搭板的結(jié)構(gòu)形式的合理性,以及試驗(yàn)橋頭的行車(chē)舒適性進(jìn)行分析。

        關(guān)鍵詞:橋頭搭板靜載試驗(yàn)動(dòng)載試驗(yàn)行車(chē)舒適性

        0引言

        橋頭搭板做為過(guò)渡性措施,以緩解橋頭突變性跳車(chē)以及將橋頭差異沉降分散在一定距離范圍內(nèi),有較好改善效果。

        1舉例橋頭搭板試驗(yàn)概況

        1.1橋頭搭板的設(shè)置本試驗(yàn)中采用20號(hào)混凝土的50°斜交鋼筋混凝土板,試驗(yàn)板寬度11.05m,厚度0.3m,板長(zhǎng)為4m,在高速公路全副范圍內(nèi)分別采用有枕梁和無(wú)枕梁設(shè)計(jì),全部為連續(xù)構(gòu)造。

        試驗(yàn)搭板中縱向鋼筋為φ12螺紋鋼筋,橫向?yàn)棣?光圓鋼筋,搭板的二個(gè)鈍角處采用φ12鋼筋補(bǔ)強(qiáng)。

        枕梁亦采用20#混凝土的鋼筋混凝土梁,其長(zhǎng)度11.05m,寬度為1.00m,高度為0.8m。

        1.2試驗(yàn)橋搭板下填料與施工工藝為了對(duì)橋頭路堤沉降實(shí)行綜合防治措施,不僅采用搭板,而且對(duì)搭板下填料及基質(zhì)進(jìn)行換填,并設(shè)置30m的過(guò)渡段。橋頭搭板4m長(zhǎng)度范圍內(nèi),在試驗(yàn)路段全寬分別在兩個(gè)半幅上采用不同的路基結(jié)構(gòu)層。

        1.2.1試驗(yàn)搭板下填料組成北端:搭板以下,地基以上全部換填二灰土,配合比(重量比):石灰:粉煤灰:砂土=7:23:70南端:搭板以下,地基以上全部換填天然砂礫

        1.2.2基底處理臺(tái)背基坑全部換填天然級(jí)配砂礫,15cm一層,層層夯實(shí),密實(shí)度>95%,過(guò)渡段基底挖去0.5m的表層耕植土,換填天然級(jí)配砂礫。

        2橋頭搭板靜載試驗(yàn)與分析

        2.1橋頭搭板靜載試驗(yàn)的測(cè)試系統(tǒng)、荷載工況及測(cè)點(diǎn)布置

        2.1.1靜載試驗(yàn)儀器與系統(tǒng)靜力試驗(yàn)所用的電測(cè)式量測(cè)系統(tǒng)將結(jié)構(gòu)位移或應(yīng)變等機(jī)械量轉(zhuǎn)換成電訊號(hào),通過(guò)放大和接受將電訊號(hào)又以機(jī)械量值給出的一種量測(cè)系統(tǒng)。搭板下土壓力值采用VW-1弦振讀數(shù)儀來(lái)測(cè)定。

        2.1.2荷載工況

        工況一:二臺(tái)超一20中線(xiàn)偏心加載,次數(shù)為3次;

        工況二:三臺(tái)超一20中線(xiàn)中心加載,次數(shù)為3次。

        試驗(yàn)荷載采用裝滿(mǎn)瀝青混凝土車(chē)輛太脫拉重載汽車(chē)。

        2.1.3測(cè)點(diǎn)布置為了測(cè)試在荷載作用下搭板底面對(duì)路基產(chǎn)生壓力大小,以便判斷是否有脫空即脫空位置,在搭板中心線(xiàn)縱向埋設(shè)四個(gè)土壓力盒,在枕梁下埋設(shè)了三個(gè)土壓力盒。

        2.2試驗(yàn)結(jié)果與初步分析

        中心加載搭板下的土壓力盒讀數(shù)以及枕梁下土壓力和讀數(shù)值見(jiàn)表

        測(cè)試結(jié)果表明,搭板下1#,2#土壓力盒變化值遠(yuǎn)小于3#土壓力盒,顯示橋臺(tái)臺(tái)背路堤2米范圍內(nèi)有脫空的趨勢(shì),枕梁301#土壓力盒在靠近中央分隔帶,303#在耳墻附近,303#變化值小于301#可知耳墻及錐坡附近路堤可能產(chǎn)生了一定數(shù)量的下陷。由此可見(jiàn),橋頭下陷區(qū)域不僅發(fā)生在臺(tái)背,邊坡的下陷也是造成橋頭下沉的原因之一,它使得搭板受力不勻,甚至?xí)拱暹吘壈l(fā)生裂隙。

        3橋頭搭板動(dòng)載試驗(yàn)與分析

        3.1橋頭搭板動(dòng)載試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng),荷載工況及測(cè)點(diǎn)布置

        3.1.1動(dòng)載試驗(yàn)儀器與系統(tǒng)動(dòng)載測(cè)試儀器由YJ-3-1型加速度傳感器;2635型電荷放大器CD-7-C型速度傳感器;GZ-2型六線(xiàn)測(cè)振儀,2034型動(dòng)態(tài)分析儀及2313型圖表記錄儀等組成。

        3.1.2荷載工況振動(dòng)試驗(yàn)(跑車(chē)試驗(yàn)),以東風(fēng)140汽車(chē)(半重載75KN)沿橋中心分別以不同速度通過(guò)橋位及搭板聯(lián)接部位,使上部結(jié)構(gòu)及搭板產(chǎn)生不同程度的強(qiáng)迫振動(dòng)。

        沖擊試驗(yàn)(跳車(chē)試驗(yàn)),以75KN重的太脫拉后輪越過(guò)位于跨中斷面高20cm三角墊木,使突加的瞬時(shí)沖擊力作用于橋梁結(jié)構(gòu)和搭板上,從而引起具有附加質(zhì)量的自由振動(dòng)。沖擊試驗(yàn)分別在橋孔跨中,普通搭板和試驗(yàn)搭板上進(jìn)行。

        行車(chē)舒適性試驗(yàn),采用狀態(tài)良好的標(biāo)致轎車(chē),以不同速度勻速通過(guò)試驗(yàn)橋,產(chǎn)生不同的振動(dòng)加速度。標(biāo)致轎車(chē)以40~120km/h,每次遞增10km/h。

        3.1.3測(cè)點(diǎn)布置①振動(dòng)試驗(yàn)和沖擊荷載試驗(yàn)的測(cè)點(diǎn)布置動(dòng)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)利用試驗(yàn)橋頭搭板設(shè)置三個(gè)豎向位移傳感器,以此推求結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)和動(dòng)力特性。在路面上,沿線(xiàn)路方向在普通搭板,試驗(yàn)搭板和橋上,分別布置CD-7-C,CD-7-S速度計(jì),YEl4015加速度計(jì),測(cè)取橋面垂直、縱向和水平振動(dòng)信號(hào)。②汽車(chē)舒適性試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置汽車(chē)舒適性試驗(yàn)是將加速度傳感器分別布置在汽車(chē)前橋、后橋、司機(jī)座椅和車(chē)架上。

        3.2試驗(yàn)結(jié)果與分析

        3.2.1跳車(chē)、跑車(chē)試驗(yàn)確定結(jié)構(gòu)自振頻率,結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的分析

        根據(jù)測(cè)試結(jié)果,試驗(yàn)段路面振動(dòng)固有頻率為4.1312HZ,普通搭板在工作(約束)條件下,固有頻率為5.750HZ,試驗(yàn)橋固有頻率為9.00~9.25HZ,試驗(yàn)搭板在工作(約束)條件下固有頻率為11.062HZ,試驗(yàn)結(jié)果表明,普通板固有頻率為5.750,介于橋梁固有頻率與路面固有頻率之間,形成搭板的剛度階梯形變化,而試驗(yàn)板固有頻率過(guò)大,甚至大干橋梁的固有頻率,說(shuō)明試驗(yàn)板剛度過(guò)大,分析造成該部分剛度過(guò)大的原因是由于搭板擱置在枕梁上,由于施工時(shí),將搭板與橋梁澆筑在一起,使遠(yuǎn)臺(tái)方向的搭板端部形成一個(gè)很大的截面,剛度有一個(gè)突然的增大,當(dāng)車(chē)輛駛過(guò)這個(gè)搭板邊緣時(shí),振動(dòng)頻率差值增大,長(zhǎng)期作用后,會(huì)使枕梁處產(chǎn)生二次跳車(chē)。

        與此同時(shí),搭板下的臺(tái)背填料一般選用顆粒材料,剛度大,密實(shí)度好的材料,加上搭板的厚度和結(jié)構(gòu)配筋也增加橋頭剛度。

        3.2.2行車(chē)舒適性分析對(duì)于車(chē)輛駛過(guò)試驗(yàn)橋頭的舒適性分析,主要參考了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO2631《人體承受整體振動(dòng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》。根據(jù)不同工況下的振動(dòng)加速度az的時(shí)間歷程,按照ISO2631中規(guī)定的人體承受振動(dòng)能力的評(píng)價(jià)指標(biāo)“降低舒適界限”,通過(guò)差值計(jì)算求得測(cè)點(diǎn)處乘員舒適界限的Tcd值。

        試驗(yàn)結(jié)果表明,轎車(chē)以40~80km/h,以及120km/h時(shí)速通過(guò)試驗(yàn)段,在該工作狀況下可持續(xù)4~16小時(shí)不感到疲勞,時(shí)速為90,100km/h時(shí),工作時(shí)間為1~2.5小時(shí),故路面行車(chē)的舒適性較好。

        通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)靜、動(dòng)載試驗(yàn),對(duì)搭板受力狀態(tài)下的變形形態(tài),結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性和行車(chē)舒適性進(jìn)行了分析研究,得出如下結(jié)論,

        搭板下的脫空現(xiàn)象普遍存在,并隨時(shí)間逐漸增加。它不僅與臺(tái)背基底固結(jié)和填料壓縮有關(guān),同時(shí)還受到邊坡及錐坡穩(wěn)定性的影響;枕梁的作用是調(diào)整搭板內(nèi)力,做為車(chē)輛從路堤駛上搭板的緩沖。當(dāng)路堤橫向沉降不均勻時(shí),由于枕梁增加了搭板的橫向抗彎剛度對(duì)減少搭板的橫向變形有重要的作用,但是,由于路堤整體穩(wěn)定性較好時(shí),就不采用枕梁,以免增加搭板剛度,使路面到橋面形成剛度的梯度變化:對(duì)于橋頭跳車(chē)一般采用綜合防治措施,當(dāng)橋臺(tái)臺(tái)背填料采用顆粒材料或者半剛性材料(如二灰土)時(shí),這時(shí)可考慮在保住搭板良好的使用性能的同時(shí)適當(dāng)減少搭板的厚度或減少配筋量。

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