張文浩，劉肖凡，胡天碧，諶 兵

(1.武漢工業(yè)學(xué)院結(jié)構(gòu)與新材料研究所，湖北武漢430023;2.信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計研究院科技工程股份有限公司，四川成都610021;3.湖北省大悟縣交通局，湖北 孝感432800)

環(huán)境影響、日益增長的交通量、以及公路運輸業(yè)提高汽車荷載標準，使得既有橋梁不能滿足為設(shè)計新橋而規(guī)定的結(jié)構(gòu)要求;劣化和荷載的增加導(dǎo)致橋梁的可靠性的降低，橋梁的可靠度最終可能降低到規(guī)定的水平之下。為了保證橋梁安全運營，滿足日益提高的汽車運輸?shù)燃?，及時了解橋梁的技術(shù)狀況，對大悟聯(lián)絡(luò)線環(huán)水三橋進行全面的檢測，調(diào)查橋梁病害原因，根據(jù)檢測結(jié)果對橋梁現(xiàn)狀做出綜合評估，并結(jié)合文獻［1］提出可行的橋梁養(yǎng)護、維修或改造建議。

1 工程概況

大悟聯(lián)絡(luò)線環(huán)水三橋是京珠高速公路湖北省國道連接線的一個控制性工程，起止里程為(K2+579.125)—(K2+854.875)，全長 275.75 m，橋孔布置為4×30+5×30，共9孔30 m，橋面寬度為12.5 m，其中外側(cè)欄桿為0.25 m，凈寬(9+2×1.5)m，橋面橫坡采用單向1.5%，采用橋面連續(xù)。環(huán)水三橋上部結(jié)構(gòu)為9孔30 m后張法預(yù)應(yīng)力混凝土T型梁，梁長29.94 m，高2 m，每孔5片，共計45片預(yù)應(yīng)力梁。下部結(jié)構(gòu)由橋臺、承臺、鉆孔樁組成。設(shè)計荷載：汽-20、掛車-100;人群荷載：3.5 kN/㎡;抗震設(shè)計標準為地震峰值加速度系數(shù)0.05;設(shè)計洪水頻率1/100。

2 靜載試驗方案

本次試驗采用彎矩或剪力等效方法進行理論分析，計算得出全橋彎矩(剪力)包絡(luò)圖，首先確定最大內(nèi)力構(gòu)件。根據(jù)文獻［2］的規(guī)定，進一步在試驗構(gòu)件上確定內(nèi)力控制斷面，工況設(shè)置見表1。

表1 靜載試驗各工況及測試內(nèi)容

2.1 試驗荷載及工況劃分

在荷載試驗過程中，在保證荷載試驗效率滿足規(guī)范要求的條件下，經(jīng)計算采用6輛200 kN單軸載重車加載，其各軸重如圖1所示。

圖1 加載車軸重示意圖

按各控制斷面的控制目的布置共安排了4種工況，各工況具體劃分如表1所示?？v橋向按8#—9#墩間(第1跨)布置工況1、工況2、工況3、工況4;縱橋向按5#—6#墩間(第4跨)布置工況1、工況2。

2.2 靜力荷載試驗的觀測內(nèi)容

2.2.1 測試斷面

結(jié)合前期外觀檢測觀察到的橋梁破損情況，并綜合考慮試驗實施的難易程度，選擇主橋第1跨、第4跨進行靜載試驗。試驗選取截面A-A—D-D為測試截面，編號如圖2所示。

圖2 主橋試驗控制截面(單位：cm)

2.2.2 測點布置

(1)T梁應(yīng)變測點。考慮到T梁腹板高度遠大于翼緣厚度，將各測試截面的應(yīng)變測點全部布置在T梁腹板。對A截面、C截面，沿主應(yīng)力方向粘貼混凝土應(yīng)變片;對D截面，粘貼應(yīng)變花。

(2)T梁撓度測點。撓度測點布設(shè)在T梁底面中線上，千分表應(yīng)安置在牢固的支架上，并不得和腳手架連接。

按各控制斷面的控制目的布置共安排了4種工況。

靜載試驗效率計算方法為：

其中，Ss為靜載試驗荷載作用下控制截面內(nèi)力計算值;S為計入沖擊系數(shù)的控制荷載作用下控制截面最不利內(nèi)力計算值。

為保證試驗效果，根據(jù)大跨徑混凝土橋梁的試驗方法，在選擇試驗荷載大小及加載位置時應(yīng)使靜載試驗效率 η 滿足：0.8≤η ≤1.0.

2.3 試驗加載原則及終止加載條件

為了獲取結(jié)構(gòu)試驗荷載與變位的相關(guān)曲線，以及防止結(jié)構(gòu)意外損傷，試驗加載采用分級加載的方式，共分3級加載，1級卸載。每次加載或卸載要求在前一荷載階段內(nèi)結(jié)構(gòu)變位相對穩(wěn)定后，才能進入下一個荷載階段。選定一個敏感的測點在加載后進行觀測，達到穩(wěn)定后方可進入下一級加載。

卸載過程中，禁止多輛加載車同時啟動。為了防止試驗荷載對橋梁造成損傷，在試驗加載過程中應(yīng)加強安全監(jiān)測，發(fā)生下列情況立即終止加載：①控制測點應(yīng)力值已超過理論計算的控制應(yīng)力值時;②控制測點變位(或撓度)超過規(guī)范允許值時;③由于加載，使結(jié)構(gòu)裂縫的長度，縫寬急劇增加，新裂縫大量出現(xiàn)，縫寬超過允許值的裂縫大量增多，對結(jié)構(gòu)使用壽命造成較大的影響時。

3 試驗數(shù)據(jù)及分析

3.1 應(yīng)力測量及分析

取混凝土彈性模量E=3.35×104MPa根據(jù)所測應(yīng)變計算各測點的實測應(yīng)力，現(xiàn)將各工況下各相關(guān)測試截面應(yīng)變、應(yīng)力值分別列于圖3圖4，其中應(yīng)力以拉為“+”，以壓為“-”，圖中虛線表示實測值，實線表示計算值。

圖3 C截面應(yīng)變分析

圖4 A截面應(yīng)變分析

3.1.1 C截面應(yīng)變分析

在靜活載作用下，C截面實測應(yīng)變沿高度基本上成直線變化，說明結(jié)構(gòu)受力處于彈性狀態(tài)，受力狀況良好。工況1作用下，C截面處邊梁(5#梁)受壓區(qū)應(yīng)變校驗系數(shù)為2.06;工況2作用下，C截面處邊梁(1#梁)受拉區(qū)應(yīng)變校驗系數(shù)為1.05。以上各測點校驗系數(shù)均大于1，超過了《公路舊橋承載能力鑒定方法》(試行)中校驗系數(shù)不能大于1.0的規(guī)定。

3.1.2 A截面應(yīng)變分析

在靜活載作用下，A截面實測應(yīng)變沿高度基本上成直線變化，說明結(jié)構(gòu)受力處于彈性狀態(tài)，受力狀況良好。工況1作用下，A截面處4#梁、5#梁受拉區(qū)應(yīng)變校驗系數(shù)分別為0.8403、1.15;工況2作用下，A截面處2#梁受壓區(qū)應(yīng)變校驗系數(shù)為0.8471，3#梁的受壓區(qū)應(yīng)變校驗系數(shù)為0.8414。以上各測點校驗系數(shù)除5#外均小于1，滿足了《公路舊橋承載能力鑒定方法》(試行)中校驗系數(shù)不能大于1.0的規(guī)定。

3.1.3 D截面剪應(yīng)力分析

工況3、4作用下，D截面梁最大剪應(yīng)力的校驗系數(shù)均未超過1.0，滿足《公路舊橋承載能力鑒定方法》(試行)的要求。

3.2 撓度測量及分析

工況1下其控制截面的撓度測量結(jié)果整理如圖5圖6所示。

圖5 工況1作用下C截面1#梁跨中撓度分析

圖6 工況1作用下A截面1#梁跨中撓度分析

在工況1(偏載)作用下，C、A截面撓度校驗系數(shù)最大分別是邊梁(5#梁)為0.36、0.43，在工況2(中載)作用下，C、A截面撓度校驗系數(shù)最大是中梁(3#梁)為0.26、0.32，均小于《公路舊橋承載能力鑒定方法》(試行)中規(guī)定的鋼筋混凝土梁橋撓度校驗系數(shù)為0.50—0.90的要求;而且卸載后殘余變形與該點最大實測值的比值范圍為0—8.47%，均小于規(guī)范規(guī)定的20%，說明橋梁上部結(jié)構(gòu)單梁剛度滿足正常使用要求。

3.3 截面撓度橫向分布

截面撓度橫向分布是反映結(jié)構(gòu)橫向連接的一個重要指標，不同工況下C控制截面主要測點撓度的橫向分布如圖7至圖8所示。

圖7 工況1作用下C截面撓度橫向分布

圖8 工況2作用下C截面撓度橫向分布

對比實測撓度與理論撓度的橫向分析圖，橫向分布實測值與理論計算值比較接近，且實測值未超出理論計算值范圍，說明橋梁結(jié)構(gòu)梁與梁之間的的橫向聯(lián)系較好，橋梁整體性較好。

3.4 裂縫觀察

試驗荷載逐級加載，在每級荷載下對控制截面梁體進行裂縫觀測，通過在加載過程中對控制截面的裂縫觀測發(fā)現(xiàn)本橋在加載過程中梁體未出現(xiàn)裂縫，整橋處于安全狀態(tài)。

4 結(jié)論

通過外觀檢查、荷載試驗測試橋梁結(jié)構(gòu)各關(guān)鍵部位的應(yīng)力、應(yīng)變、撓度，得到以下結(jié)論。

(1)2#梁、3#梁、4#梁滿足汽車公路Ⅰ級設(shè)計荷載要求，靜載試驗中應(yīng)變校驗系數(shù)小于1.0，撓度校驗系數(shù)小于1.0，撓度殘余量比值系數(shù)小于20%，滿足規(guī)范要求。

(2)1#梁、5#梁不滿足汽車公路-Ⅰ級設(shè)計荷載要求，靜載試驗中部分測點應(yīng)變校驗系數(shù)大于1.0，不滿足規(guī)范要求，撓度校驗系數(shù)均小于1.0，撓度殘余量比值系數(shù)小于20%，滿足規(guī)范要求。

(3)在整個試驗加載過程中，結(jié)構(gòu)受力處于彈性狀態(tài)，受力狀況良好，橋梁結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)裂縫，橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量良好。

(4)橋梁結(jié)構(gòu)梁與梁之間的的橫向聯(lián)系較好，橋梁整體性較好。

(5)根據(jù)上述試驗結(jié)果及分析，橋梁結(jié)構(gòu)2#梁、3#梁、4#梁在強度、剛度、抗裂性能均滿足設(shè)計規(guī)范及營運要求，在設(shè)計荷載下處于安全狀態(tài)。建議對1#梁、5#梁進行補強加固，以提高橋梁整體承載能力。

［1］ 陜西省公路局，長安大學(xué).JTJ H11-2004公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］ 交通部第二公路勘察設(shè)計院.公路舊橋承載能力鑒定方法(試行1988)［Z］.北京：交通部第二公路勘察設(shè)計院，1988.

［3］ 張興斌.橋梁結(jié)構(gòu)靜載試驗實施重點及難點分析［J］.北方交通，2011(5)：118-120.