仲秀麗

(江蘇科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212003)

1 試驗(yàn)背景

隨著城市道路的建設(shè)，許多原來(lái)位于道路上的舊橋需要進(jìn)行改建或加固以滿足城市交通發(fā)展的要求。預(yù)應(yīng)力混凝土板梁是橋梁的主要承重結(jié)構(gòu)，其質(zhì)量的優(yōu)劣將直接影響橋梁的工作狀態(tài)、使用性能和安全程度。一些板梁技術(shù)狀況良好仍能滿足進(jìn)一步的使用，進(jìn)行板梁荷載試驗(yàn)正是檢驗(yàn)板梁工作狀態(tài)以判斷板梁是否可再利用的一種有效手段。某公路全長(zhǎng)16.2 km，設(shè)計(jì)行車(chē)速度為80 km/h，設(shè)計(jì)荷載為:城－A級(jí)。工程部分路段在拆橋過(guò)程中有1 380多片20 m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，迄今已運(yùn)營(yíng)近10年，從工程節(jié)約考慮，擬從中挑選技術(shù)狀況較好的板梁進(jìn)行重復(fù)利用。拆除板梁橋面全寬24 m，預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用標(biāo)準(zhǔn)270級(jí)Φj15.24鋼絞線，非預(yù)應(yīng)力鋼筋采用Ⅱ級(jí)鋼筋和Ⅰ級(jí)鋼筋(GB 1499－79)，鋼板采用A3鋼板(GB 700－79)。預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制板、鉸縫及整體化現(xiàn)澆混凝土等級(jí)均為C40［1］。板梁原設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為:汽－20，掛－100。

2 極限承載力試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)對(duì)象的選擇

本次試驗(yàn)抽取三片外觀狀況不同的板梁進(jìn)行極限承載能力驗(yàn)證試驗(yàn)。以觀察舊板梁是否滿足再利用使用的荷載要求。

本次極限承載能力試驗(yàn)選擇1#梁、2#梁和3#梁，在鑿除鉸縫和橋面鋪裝后觀察到梁體存在不同程度的破損(詳見(jiàn)表1)。

表1 外觀檢查結(jié)果對(duì)比表

2.2 測(cè)試截面選擇

1#～3#板梁均沿著梁長(zhǎng)平均劃分為3個(gè)應(yīng)力測(cè)試斷面和5個(gè)位移測(cè)試斷面。其應(yīng)力測(cè)試斷面分別為梁跨L/4、L/2、3L/4截面處，采用應(yīng)變傳感器測(cè)試梁體相應(yīng)位置的應(yīng)變變化;位移測(cè)試斷面為左右兩支點(diǎn)截面及梁體L/4、L/2、3L/4截面處(見(jiàn)圖1)，每個(gè)位移測(cè)試斷面安裝一個(gè)百分表和兩個(gè)位移計(jì)。

圖1 位移測(cè)試斷面及測(cè)點(diǎn)布置示意

2.3 測(cè)點(diǎn)布置

本次試驗(yàn)位移采集在各個(gè)測(cè)試斷面分別布設(shè)1只百分表和2只位移計(jì)，以確保數(shù)據(jù)的可靠性。

撓度測(cè)點(diǎn):各斷面各布設(shè)2只位移計(jì)和1只百分表;

應(yīng)力測(cè)點(diǎn):在板梁的L/4、L/2、3L/4截面的頂?shù)装搴透拱宸謩e布設(shè)振弦式應(yīng)變計(jì)，頂板兩側(cè)各布設(shè)1只，沿腹板高度布設(shè)3只，底板兩側(cè)各布設(shè)1只。

3 試驗(yàn)加載

3.1 加載原理

對(duì)板梁施加荷載時(shí)要盡量滿足跨中最大彎矩要求，故此板梁一端采用固定鉸支座，一端采用滾動(dòng)鉸支座［2］［3］。板梁加載示意圖如圖2所示。

采用千斤頂在梁體L/2處進(jìn)行分級(jí)加載(圖2)，總加載量為53 t，分13級(jí)加載，荷載從5 t加到53 t，每級(jí)相差4 t。在正式加載之前對(duì)梁體要先進(jìn)行預(yù)加載，以檢驗(yàn)整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置是否安全可靠，

圖2 梁體加載示意

3.2 試驗(yàn)步驟

(1)清理場(chǎng)地，建造試驗(yàn)平臺(tái)，保證平臺(tái)的標(biāo)高及強(qiáng)度滿足試驗(yàn)所需的要求;

(2)安裝試驗(yàn)板梁，放置加荷用的千斤頂;

(3)對(duì)梁體進(jìn)行預(yù)加載，以檢驗(yàn)整個(gè)試驗(yàn)裝置是否安全可靠，預(yù)加載值不超過(guò)結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)荷載計(jì)算值的70%;

(4)預(yù)加載完成后對(duì)梁體采用力控制分級(jí)加載，在加載過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)控和采集數(shù)據(jù)，每級(jí)加載完成后持荷約10 min，然后記錄本級(jí)荷載作用下各測(cè)點(diǎn)的響應(yīng)值。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 撓度測(cè)試結(jié)果分析

表2給出了主要測(cè)試結(jié)果的數(shù)據(jù)，梁荷載－跨中撓度曲線見(jiàn)圖3～圖5。

表2 測(cè)試主要結(jié)果匯總表

圖3 1#梁荷載－跨中撓度

圖4 2#梁荷載－跨中撓度

圖5 3#梁荷載－跨中撓度

4.2 裂縫分析

三片梁跨中裂縫的測(cè)量通過(guò)手持式應(yīng)變儀進(jìn)行測(cè)試，跨中裂縫寬度變化如圖6～圖8。

圖6 1#梁跨中裂寬

圖7 2#梁跨中裂寬

圖8 3#梁跨中裂寬

加載過(guò)程中，三片板梁均先在底板出現(xiàn)可見(jiàn)的橫向裂縫，此時(shí)加載量為33 t，并隨著荷載的不斷增加，板梁地板的裂縫不斷增多，沿著腹板往上延伸，當(dāng)荷載加至接近破壞階段時(shí)，梁體的裂縫數(shù)量基本穩(wěn)定，延伸高度也沒(méi)有進(jìn)一步發(fā)展，而裂縫寬度不斷增大。最終破壞形態(tài)均是跨中頂板區(qū)域的混凝土被壓碎同時(shí)構(gòu)造鋼筋屈服，底板出現(xiàn)間距約為18 cm的橫向受力裂縫。

按照《公路舊橋承載能力鑒定方法》的規(guī)定，對(duì)于舊橋，在試驗(yàn)荷載作用下，主筋附近允許最大裂縫寬度0.25 mm［4］，腹板大部分斜向裂縫允許裂縫寬度為0.30 mm。在荷載作用下，三片板梁的最大裂縫寬度分別為0.15 mm、0.18 mm、0.17 mm，裂縫無(wú)不正常開(kāi)展。在開(kāi)裂位置鑿出鋼筋，鋼筋無(wú)銹蝕跡象。故可得出，三片梁的裂縫滿足使用要求。

5 試驗(yàn)結(jié)論

(1)在梁體開(kāi)裂前，荷載和撓度線性關(guān)系較好，說(shuō)明板梁處于線彈性工作狀態(tài)，其受力性能良好［5］;

(2)三片板梁的破壞形式基本一致，均為跨中頂板區(qū)域混凝土壓碎破壞，底板混凝土出現(xiàn)間距較為均勻的橫向裂縫，寬度基本在1 mm左右;

(3)根據(jù)測(cè)試結(jié)果可看出，盡管三片板梁外觀狀況有所差別，但各個(gè)加載階段的受力性能基本一致，開(kāi)裂荷載和破壞荷載也完全相同，說(shuō)明兩片板梁的承載狀況沒(méi)有明顯差別;

(4)本次試驗(yàn)加載是按照正常使用狀態(tài)的最不利情況進(jìn)行確定的，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明三片梁的承載能力和剛度均能滿足二次使用要求。

［1］王麗榮，盛可鑒，丁劍霆.橋梁工程［M］.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005

［2］牛國(guó)軍，陳芳.市政橋梁荷載試驗(yàn)檢測(cè)分析［J］.質(zhì)量，2008(2)

［3］徐文平.既有預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋承載能力實(shí)橋試驗(yàn)及分析研究［D］.東南大學(xué)，2006

［4］公路舊橋承載能力鑒定方法(試行)［S］

［5］公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程(征求意見(jiàn)稿)［S］