王益愷,張洪亮,于海波(黑龍江省公路勘察設(shè)計院)
溫查爾大橋靜載試驗分析
王益愷,張洪亮,于海波(黑龍江省公路勘察設(shè)計院)
溫差爾大橋經(jīng)過多年的運(yùn)營,橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了不同程度的病害,為了解橋梁的實際工作狀態(tài)和承載能力,對該橋進(jìn)行了靜載試驗。該文闡述了靜載試驗,測定了橋跨結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。試驗結(jié)果分析表明:橋跨結(jié)構(gòu)基本處于彈性工作狀態(tài),強(qiáng)度和剛度滿足設(shè)計荷載要求,但抗裂性不足,主梁間無可靠聯(lián)系,呈現(xiàn)單梁受力狀態(tài),4#墩沉降量較大。針對靜載試驗結(jié)果,對該橋提出了維修與加固建議。
少筋微彎板;靜載試驗;力學(xué)性能;加固改造
溫查爾大橋位于黑龍江省北安至黑河段原三級公路,里程樁號K211+477。該橋修建于1981年,至今已運(yùn)營多年,上部結(jié)構(gòu)各構(gòu)件間連接縫處均存在滲水泛白現(xiàn)象,I形梁梁端范圍內(nèi)存在斜裂縫,跨中存在豎向受拉裂縫,裂縫寬度超限;微彎板出現(xiàn)縱橋向受拉裂縫。4#墩下游側(cè)墩柱存在凍拔狀況,凍拔量為10 cm,在使用荷載作用下,該墩柱隨時可能傾倒,存在較大的安全隱患。
為了解該橋的實際技術(shù)狀況,對該橋進(jìn)行了靜載試驗。
該橋橋孔分布為5×16 m,全長84.04 m,橋面凈寬為7 m+2×0.75 m;設(shè)計荷載等級為汽-15,掛-80級。上部結(jié)構(gòu)采用少筋微彎板組合梁,每孔由5片I形梁組成,主梁混凝土標(biāo)號為250號,橋面鋪裝采用7~12 cm厚300#防水混凝土;采用切線式支座。下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式墩臺,鉆孔灌注樁基礎(chǔ),墩臺柱徑均為1.0 m,樁徑均為1.2 m。下部除鉆孔樁采用200#混凝土外,其余均采用250#混凝土。
在工況1試驗荷載作用下,主梁跨中斷面撓度實測值如表1所示。
表1 主梁跨中斷面撓度表
表2中數(shù)據(jù)表明,在工況1試驗荷載作用下,試驗孔主梁的撓度校驗系數(shù)介于0.338~0.415之間,最大值為0.415,接近鋼筋混凝土梁橋撓度校驗系數(shù)η的常見值0.5~0.9的下限值。
上述分析說明試驗孔主梁跨中截面豎向剛度能夠滿足汽-15、掛-80荷載的設(shè)計和使用要求。
相對殘余變形是評價結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載后彈性工作性能的指標(biāo),跨中撓度的相對殘余變形越小,說明結(jié)構(gòu)彈性工作狀況越充分,工況1試驗荷載作用下主梁撓度殘余變形分析結(jié)果如表2所示。
表2 主梁跨中撓度相對殘余變形 %
由表3可見,在工況1試驗荷載作用下,試驗孔主梁跨中撓度的相對殘余變形介于2.38% ~13.73%,小于20%,表明橋跨結(jié)構(gòu)基本處于彈性工作狀態(tài)。但個別主梁殘余變形相對較大,彈性變形安全儲備較低。
根據(jù)主梁的跨中撓度實測值,計算工況1試驗荷載作用下主梁的實際橫向分布情況,見表3。
表3 主梁跨中截面實測的橫向分布系數(shù)表
表3數(shù)據(jù)和圖6表明,在工況1荷載作用下,各主梁實測橫向分布系數(shù)由3#梁向兩邊主梁呈逐漸減小趨勢,實測3#梁橫向分布系數(shù)最大,數(shù)值為0.427;而橫向分布系數(shù)理論計算值由1#梁向5#梁呈逐漸減小的趨勢,1#梁橫向分布系數(shù)最大,數(shù)值為0.411。
實測值與理論計算值相比存在一定的差異,可能系由I形梁間微彎板及橫系梁存在不同程度的破損所致。
在工況1試驗荷載作用下,混凝土應(yīng)變沿梁高分布基本呈線性分布。為減少試驗誤差,應(yīng)用最小二乘法原理對各截面測點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,確定一條誤差較小的最佳試驗曲線,即沿梁高變化的直線方程。1#梁側(cè)混凝土應(yīng)變測試結(jié)果,根據(jù)最佳試驗曲線,將應(yīng)變乘以混凝土彈性模量,即得到相應(yīng)測點(diǎn)的混凝土應(yīng)力,見表4。
表4 1#梁實測應(yīng)力表
表4應(yīng)力計算值計算時,采用實測的橫向分布系數(shù)。主梁混凝土應(yīng)變分析表明,控制斷面混凝土應(yīng)變沿梁高的變化基本符合受彎構(gòu)件的平面假設(shè);主梁混凝土上下緣應(yīng)力校驗系數(shù)均介于鋼筋混凝土梁橋應(yīng)力校驗系數(shù)常見值0.4~0.8之間;實測開裂截面中心軸高度低于理論計算的開裂截面中心軸高度。上述分析說明:結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可以滿足汽-15、掛-80汽車荷載的設(shè)計及使用要求。
在工況1試驗荷載加載前后分別對1#主梁梁側(cè)跨中附近裂縫進(jìn)行了檢測,檢測結(jié)果見表5。在試驗荷載加載前,1#邊梁梁側(cè)跨中附近豎向受力裂縫最大縫寬為0.26 mm;加載穩(wěn)定后,該裂縫最大縫寬發(fā)展至0.29 mm;卸載穩(wěn)定后,該裂縫最大縫寬為0.28 mm,未恢復(fù)至初始縫寬,縫寬大于限值要求;加載前后無新裂縫產(chǎn)生。
表5 工況1試驗荷載加載前后主梁裂縫實測表
裂縫寬度未超限值要求,但卸載后裂縫未恢復(fù)至加載前初始寬度,表明結(jié)構(gòu)抗裂性不能滿足汽-15、掛-80荷載的設(shè)計及使用要求。
為了確定主梁梁端最大剪力處的平面應(yīng)力狀態(tài),采用應(yīng)變花測出測點(diǎn)A,45°斜截面的橫向應(yīng)變、縱向應(yīng)變及水平向應(yīng)變,計算出主應(yīng)變,從而計算出測點(diǎn)A處主應(yīng)力實測值。將實測的主應(yīng)力與理論計算的主應(yīng)力進(jìn)行比較,見表6。
表6 工況2試驗荷載作用下2#梁測點(diǎn)A應(yīng)力表
在工況2試驗荷載作用下,測點(diǎn)A處主拉應(yīng)力校驗系數(shù)介于鋼筋混凝土梁橋應(yīng)力校驗系數(shù)常見值0.4~0.8之間,并且實測的最大主拉應(yīng)力與理論計算的最大主拉應(yīng)力均小于混凝土的抗拉強(qiáng)度,說明在工況2試驗荷載作用下,試驗孔梁端平面應(yīng)力狀態(tài)較好。
在工況3試驗荷載作用下,4#墩兩墩柱沉降量實測值見表7。
表7 工況3試驗荷載作用下4#墩沉降實測表
由表7可知,4#橋墩的最大沉降量為5.1 mm,且卸載后變形未完全恢復(fù)。
通過對該橋進(jìn)行靜動載試驗得出如下結(jié)論。
(1)在試驗荷載作用下,主梁撓度校驗系數(shù)最大值為0.415,接近鋼筋混凝土梁橋撓度校驗系數(shù)η的常見值0.5~0.9的下限值,試驗孔主梁跨中截面豎向剛度能夠滿足汽-15、掛-80荷載的設(shè)計和使用要求。
(2)試驗孔主梁撓度的相對殘余變形均小于20%,表明橋跨結(jié)構(gòu)基本處于彈性工作狀態(tài),但個別主梁殘余變形相對較大,彈性變形安全儲備較低。
(3)在試驗荷載作用下,橫向分布系數(shù)實測值與理論計算值相比存在一定的差異,可能系由I形梁間微彎板及橫系梁存在不同程度的破損所致。
(4)混凝土應(yīng)變沿主梁梁高的分布規(guī)律基本呈線性分布,基本滿足平面變形假定。
(5)主梁混凝土上下緣應(yīng)力校驗系數(shù)均介于鋼筋混凝土梁橋應(yīng)力校驗系數(shù)常見值0.4~0.8之間,實測開裂截面中心軸高度低于理論計算的開裂截面中心軸高度,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可以滿足汽-15、掛-80荷載的設(shè)計及使用要求。
(6)加載前后,主梁跨中附近豎向受力裂縫最大縫寬由0.26 mm發(fā)展至0.29 mm,卸載后該裂縫縫寬未恢復(fù)至加載前寬度,結(jié)構(gòu)抗裂性不能滿足汽-15、掛-80荷載的設(shè)計及使用要求。
(7)在試驗荷載作用下,實測的測點(diǎn)A處主拉應(yīng)力校驗系數(shù)介于鋼筋混凝土梁橋應(yīng)力校驗系數(shù)常見值0.4~0.8之間,并且實測的最大主拉應(yīng)力與理論計算的最大主拉應(yīng)力均小于混凝土的抗拉強(qiáng)度,試驗孔梁端平面應(yīng)力狀態(tài)較好。
(8)在試驗荷載作用下,4#橋墩的最大沉降量為5.1 mm,且卸載后變形未完全恢復(fù)。
綜上所述,結(jié)構(gòu)跨中截面豎向剛度、結(jié)構(gòu)正截面強(qiáng)度和最大剪力測點(diǎn)強(qiáng)度均能夠滿足汽-15、掛-80原設(shè)計荷載的要求,撓度殘余變形小于限值要求,結(jié)構(gòu)基本滿足平面變形假定。結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系較為薄弱,結(jié)構(gòu)抗裂性不足,4#橋墩的最大沉降量相對較大,達(dá)5.1 mm。
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1008-3383(2012)11-0096-01
2012-04-17