淺析鋼筋混凝土簡支T 梁橋?qū)崢蚱茐脑囼?/h1>
2011-04-12 03:08:44曾玉林
山西建筑 2011年19期
雷 煒 曾玉林
0 引言
鋼筋混凝土簡支T梁橋是當前橋梁建設(shè)較為常見的一種橋梁結(jié)構(gòu)形式，隨著橋梁荷載等級的提高及橋梁服役時間的增長，既有鋼筋混凝土簡支T梁橋表現(xiàn)出了具有普遍性的病害，如腹板大量豎向裂縫、支點附近腹板斜裂縫和T梁間橫隔板破壞較為嚴重等病害。實橋破壞試驗可以真實的判定橋梁的極限承載力及破壞情況，但是由于實橋破壞試驗較為困難且造價較高，所以國內(nèi)外只進行了數(shù)量有限的一些相關(guān)研究［2-6］，既有的研究成果的應(yīng)用還存在一定的局限性。為了了解此類橋梁的病害對橋梁使用狀態(tài)及極限狀態(tài)的承載能力的影響，選取了原贛州西河大橋病害較為嚴重的一跨，進行靜載實驗和破壞性荷載試驗，通過試驗測試該類T梁橋受力橫向分配情況、極限承載力，通過靜載試驗和破壞試驗相對比，為該類橋梁的維護、加固和拆除提供參考和依據(jù)。
1 工程概況
原贛州西河大橋位于市區(qū)內(nèi)，跨越章江，為贛州市聯(lián)絡(luò)東西城區(qū)及由105國道進入市區(qū)的跨江通道。該橋橋長256.2 m，為9孔雙懸臂鋼筋混凝土梁橋，橋型為多跨簡支T梁橋，孔徑為(12.6+7×33+12.6)m。懸臂孔掛梁計算跨徑為14 m。原設(shè)計荷載為汽—10、拖—60，橋面寬度為凈—(7+2×1.5)m人行道。
原贛州西河大橋的橋梁現(xiàn)狀為豎向開裂嚴重，裂縫寬度較大，且梁底跨中處開裂嚴重出現(xiàn)了部分貫通裂縫，在支座附近出現(xiàn)了部分斜裂縫。
2 試驗內(nèi)容
實驗主要由兩部分組成，即靜載試驗和實橋破壞試驗，其主要試驗內(nèi)容如下:
1)靜載試驗:a.檢驗結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件在設(shè)計荷載作用下的工作狀態(tài)及承載能力。b.結(jié)構(gòu)橫向分布系數(shù)的測定。
2)破壞試驗:a.梁的撓度及墩臺沉降測量。b.關(guān)鍵斷面應(yīng)變測量:測試主梁關(guān)鍵截面的位移、應(yīng)變隨荷載增加的變化規(guī)律，觀察既有裂縫和新生裂縫隨荷載增加的發(fā)展規(guī)律。c.裂縫觀察及破壞形態(tài)記錄。
3 試驗過程
3.1 加載方案
荷載試驗主要考慮為了獲取結(jié)構(gòu)試驗荷載與變位的相關(guān)曲線，防止結(jié)構(gòu)加載意外損傷，其試驗荷載一般應(yīng)分級加載，分級卸零。荷載試驗主要通過加載車進行加載，主要分為兩個工況進行加載:
1)工況一:檢驗主梁跨中截面在最不利偏載和正載;2)工況二:檢驗主梁L/4截面在最不利偏載和正載。
破壞試驗通過一定規(guī)格的鐵制配重塊進行配載。加載裝置采用型鋼拼接成堆載框架，然后將鋼模板拼接于堆載框架，形成加載箱體，加載時將加載鐵塊通過分級加載堆放于加載箱體內(nèi)。
加載模式見圖1。加載前應(yīng)該對加載重量進行估算，根據(jù)理論計算可知，單片T梁的跨中截面的正截面抗彎承載力計算值約為5600 kN·m，開裂彎矩約為2400 kN·m。按照布載方案，配重塊總重量應(yīng)大于4163 kN，才能達到單片T梁跨中截面的正截面抗彎承載力，考慮到1.5倍安全系數(shù)后，即單片T梁的跨中截面的正截面抗彎承載力計算值約為8400 kN·m，則鐵塊估算最大加載量約為6250 kN。
加載終止規(guī)則按照如下規(guī)則執(zhí)行:上限終止條件:受拉區(qū)主筋拉斷或受壓混凝土壓壞。下限終止條件:1)受拉主筋應(yīng)力達到屈服強度，受拉應(yīng)變達到0.01;2)最大撓度達到跨度的1/50;3)受拉區(qū)主筋區(qū)域處最大豎向裂縫寬度達到1.5mm。
3.2 測點布置
靜載試驗和破壞試驗的測點布置基本一致。撓度測點的布置見圖2。撓度測點主要布置在跨中和1/4跨截面處各主梁梁底，同時選取典型裂縫進行跨裂縫布置應(yīng)變傳感器，并在裂縫區(qū)域附近設(shè)置對比測點。
4 試驗結(jié)果分析
4.1 荷載試驗
圖3～圖5給出了不同加載工況下第一、三跨主梁撓度理論計算值和實測值之間的對比曲線，由曲線可以看出，雖然主橋出現(xiàn)了較多的裂縫，但校驗系數(shù)在80%～90%之間，結(jié)構(gòu)剛度儲備尚可;同時由兩跨的撓度分配系數(shù)可以看出，第三跨比第一跨撓度偏大，且根據(jù)現(xiàn)場外觀檢測發(fā)現(xiàn)第三跨的橫向聯(lián)系破壞較為嚴重，所以選擇第三跨作為破壞試驗的對象。
4.2 破壞試驗
4.2.1 破壞試驗描述
試驗過程中，結(jié)構(gòu)處于彈性階段，結(jié)構(gòu)變形隨荷載線性增大;隨著荷載量的增大，結(jié)構(gòu)裂縫擴張并不斷增加，伴隨著受拉區(qū)部分混凝土的退出工作，結(jié)構(gòu)剛度逐漸減小，結(jié)構(gòu)變形非線性增大，結(jié)構(gòu)進入彈塑性階段，在荷載加載到約440 t時，梁體跨中位置出現(xiàn)了較多裂縫寬度大于2 mm的豎向U形貫通裂縫，且混凝土破碎，判斷為結(jié)構(gòu)破壞，終止加載。
試驗的終止荷載為440 t，試驗最終破壞形態(tài)為:
1)跨中斷面T梁出現(xiàn)U形貫通裂縫，且裂縫寬度大于2 mm;
2)結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系破壞。
4.2.2 撓度測試
圖6給出了各主梁撓度與加載荷載之間的對應(yīng)關(guān)系，加載初期，各主梁均處于彈性受力階段，隨著荷載的增大，既有裂縫的開裂寬度增大，且出現(xiàn)了更多的新生裂縫，受拉區(qū)混凝土逐步退出工作，偏載側(cè)1號～3號主梁進入彈塑性階段，此時受拉區(qū)鋼筋開始進入塑流階段，而遠離偏載側(cè)的4號～5號主梁依然保持彈性狀態(tài)。
5 結(jié)語
通過對典型的鋼筋混凝土簡支T梁橋進行荷載試驗及實橋破壞試驗，其試驗技術(shù)和試驗過程均可為以后的實橋破壞試驗提供借鑒，從此次橋梁破壞試驗可以得出如下結(jié)論:
1)通過荷載試驗可以得出此橋雖然具有較為嚴重的腹板開裂和橫隔板損傷等T型梁橋的典型病害，但是此橋尚能滿足設(shè)計荷載下的正常運營，對此橋進行實橋破壞試驗具有一定的代表性;2)通過配重鐵塊進行堆載分級加載的方式完成對原橋的破壞試驗，得到了橋梁的承載能力、變形及開裂發(fā)展規(guī)律，可以為同類型橋梁的承載力評定提供一定的參考。
［1］朱紹瑋，張宇峰，張健飛.橋梁極限承載力研究現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.現(xiàn)代交通技術(shù)，2007，4(1):20-23.
［2］Miller R A，Aktan A E，Shahrooz B M.Destructive testing of decommissioned concrete slab bridge［J］.Journal of Structural Engineering，1994，120(7):2176-2198.
［3］Ha-won Song，Dong-woo You Keun-Joo Byun，Koichi Maekawa.Finite element failure analysis of reinforced concrete T-girder bridges［J］.Engineering Structure，2002(24):151-162.
［4］張健飛，張宇峰.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋破壞性試驗研究［J］.公路交通科技，2008，25(10):63-68.
［5］徐文平.既有預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋承載能力實橋試驗及分析研究［D］.南京:東南大學，2006.
［6］夏葉飛.預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁橋的承載能力實橋試驗分析研究［D］.南京:東南大學，2006.
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1 工程概況
原贛州西河大橋位于市區(qū)內(nèi)，跨越章江，為贛州市聯(lián)絡(luò)東西城區(qū)及由105國道進入市區(qū)的跨江通道。該橋橋長256.2 m，為9孔雙懸臂鋼筋混凝土梁橋，橋型為多跨簡支T梁橋，孔徑為(12.6+7×33+12.6)m。懸臂孔掛梁計算跨徑為14 m。原設(shè)計荷載為汽—10、拖—60，橋面寬度為凈—(7+2×1.5)m人行道。
原贛州西河大橋的橋梁現(xiàn)狀為豎向開裂嚴重，裂縫寬度較大，且梁底跨中處開裂嚴重出現(xiàn)了部分貫通裂縫，在支座附近出現(xiàn)了部分斜裂縫。
2 試驗內(nèi)容
實驗主要由兩部分組成，即靜載試驗和實橋破壞試驗，其主要試驗內(nèi)容如下:
1)靜載試驗:a.檢驗結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件在設(shè)計荷載作用下的工作狀態(tài)及承載能力。b.結(jié)構(gòu)橫向分布系數(shù)的測定。
2)破壞試驗:a.梁的撓度及墩臺沉降測量。b.關(guān)鍵斷面應(yīng)變測量:測試主梁關(guān)鍵截面的位移、應(yīng)變隨荷載增加的變化規(guī)律，觀察既有裂縫和新生裂縫隨荷載增加的發(fā)展規(guī)律。c.裂縫觀察及破壞形態(tài)記錄。
3 試驗過程
3.1 加載方案
荷載試驗主要考慮為了獲取結(jié)構(gòu)試驗荷載與變位的相關(guān)曲線，防止結(jié)構(gòu)加載意外損傷，其試驗荷載一般應(yīng)分級加載，分級卸零。荷載試驗主要通過加載車進行加載，主要分為兩個工況進行加載:
1)工況一:檢驗主梁跨中截面在最不利偏載和正載;2)工況二:檢驗主梁L/4截面在最不利偏載和正載。
破壞試驗通過一定規(guī)格的鐵制配重塊進行配載。加載裝置采用型鋼拼接成堆載框架，然后將鋼模板拼接于堆載框架，形成加載箱體，加載時將加載鐵塊通過分級加載堆放于加載箱體內(nèi)。
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加載終止規(guī)則按照如下規(guī)則執(zhí)行:上限終止條件:受拉區(qū)主筋拉斷或受壓混凝土壓壞。下限終止條件:1)受拉主筋應(yīng)力達到屈服強度，受拉應(yīng)變達到0.01;2)最大撓度達到跨度的1/50;3)受拉區(qū)主筋區(qū)域處最大豎向裂縫寬度達到1.5mm。
3.2 測點布置
靜載試驗和破壞試驗的測點布置基本一致。撓度測點的布置見圖2。撓度測點主要布置在跨中和1/4跨截面處各主梁梁底，同時選取典型裂縫進行跨裂縫布置應(yīng)變傳感器，并在裂縫區(qū)域附近設(shè)置對比測點。
4 試驗結(jié)果分析
4.1 荷載試驗
圖3～圖5給出了不同加載工況下第一、三跨主梁撓度理論計算值和實測值之間的對比曲線，由曲線可以看出，雖然主橋出現(xiàn)了較多的裂縫，但校驗系數(shù)在80%～90%之間，結(jié)構(gòu)剛度儲備尚可;同時由兩跨的撓度分配系數(shù)可以看出，第三跨比第一跨撓度偏大，且根據(jù)現(xiàn)場外觀檢測發(fā)現(xiàn)第三跨的橫向聯(lián)系破壞較為嚴重，所以選擇第三跨作為破壞試驗的對象。
4.2 破壞試驗
4.2.1 破壞試驗描述
試驗過程中，結(jié)構(gòu)處于彈性階段，結(jié)構(gòu)變形隨荷載線性增大;隨著荷載量的增大，結(jié)構(gòu)裂縫擴張并不斷增加，伴隨著受拉區(qū)部分混凝土的退出工作，結(jié)構(gòu)剛度逐漸減小，結(jié)構(gòu)變形非線性增大，結(jié)構(gòu)進入彈塑性階段，在荷載加載到約440 t時，梁體跨中位置出現(xiàn)了較多裂縫寬度大于2 mm的豎向U形貫通裂縫，且混凝土破碎，判斷為結(jié)構(gòu)破壞，終止加載。
試驗的終止荷載為440 t，試驗最終破壞形態(tài)為:
1)跨中斷面T梁出現(xiàn)U形貫通裂縫，且裂縫寬度大于2 mm;
2)結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系破壞。
4.2.2 撓度測試
圖6給出了各主梁撓度與加載荷載之間的對應(yīng)關(guān)系，加載初期，各主梁均處于彈性受力階段，隨著荷載的增大，既有裂縫的開裂寬度增大，且出現(xiàn)了更多的新生裂縫，受拉區(qū)混凝土逐步退出工作，偏載側(cè)1號～3號主梁進入彈塑性階段，此時受拉區(qū)鋼筋開始進入塑流階段，而遠離偏載側(cè)的4號～5號主梁依然保持彈性狀態(tài)。
5 結(jié)語
通過對典型的鋼筋混凝土簡支T梁橋進行荷載試驗及實橋破壞試驗，其試驗技術(shù)和試驗過程均可為以后的實橋破壞試驗提供借鑒，從此次橋梁破壞試驗可以得出如下結(jié)論:
1)通過荷載試驗可以得出此橋雖然具有較為嚴重的腹板開裂和橫隔板損傷等T型梁橋的典型病害，但是此橋尚能滿足設(shè)計荷載下的正常運營，對此橋進行實橋破壞試驗具有一定的代表性;2)通過配重鐵塊進行堆載分級加載的方式完成對原橋的破壞試驗，得到了橋梁的承載能力、變形及開裂發(fā)展規(guī)律，可以為同類型橋梁的承載力評定提供一定的參考。
［1］朱紹瑋，張宇峰，張健飛.橋梁極限承載力研究現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.現(xiàn)代交通技術(shù)，2007，4(1):20-23.
［2］Miller R A，Aktan A E，Shahrooz B M.Destructive testing of decommissioned concrete slab bridge［J］.Journal of Structural Engineering，1994，120(7):2176-2198.
［3］Ha-won Song，Dong-woo You Keun-Joo Byun，Koichi Maekawa.Finite element failure analysis of reinforced concrete T-girder bridges［J］.Engineering Structure，2002(24):151-162.
［4］張健飛，張宇峰.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋破壞性試驗研究［J］.公路交通科技，2008，25(10):63-68.
［5］徐文平.既有預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋承載能力實橋試驗及分析研究［D］.南京:東南大學，2006.
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