鐘彬

基于靜載試驗(yàn)的混凝土缺陷對(duì)橋梁受力性能影響研究

鐘彬1，2

（1.福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所；2.福建省公路水運(yùn)工程重點(diǎn)試驗(yàn)室，福州350004）

摘要本文通過(guò)某橋荷載試驗(yàn)的實(shí)測(cè)結(jié)果與空間有限元數(shù)值分析及理論計(jì)算結(jié)果的對(duì)比，對(duì)稱(chēng)截面實(shí)測(cè)結(jié)果的比對(duì)，詳細(xì)分析了橋跨結(jié)構(gòu)混凝土存在缺陷時(shí)對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)受力性能的影響。

關(guān)鍵詞橋梁荷載試驗(yàn)有限元數(shù)值分析缺陷受力性能

1　引言

橋梁是公路的重要組成部分，現(xiàn)代橋梁發(fā)展歷史表明，橋梁荷載試驗(yàn)與其設(shè)計(jì)分析理論的發(fā)展，是相輔相成的，要檢測(cè)已建成的橋梁結(jié)構(gòu)性能，評(píng)價(jià)橋梁的實(shí)際狀況，判定橋梁的實(shí)際承載能力，進(jìn)一步探討其內(nèi)在的規(guī)律，深化發(fā)展橋梁設(shè)計(jì)理論，對(duì)橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)，仍是必要的手段和方法。為了發(fā)展橋梁結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)理論，完善與提高橋梁施工工藝水平，積累有關(guān)橋梁技術(shù)數(shù)據(jù)和寶貴資料，橋梁荷載試驗(yàn)無(wú)疑地發(fā)揮出重要、不可代替的作用。

本文通過(guò)某橋荷載試驗(yàn)的實(shí)測(cè)結(jié)果與空間有限元數(shù)值分析及理論計(jì)算結(jié)果的對(duì)比，對(duì)稱(chēng)截面實(shí)測(cè)結(jié)果的比對(duì)，詳細(xì)分析了橋跨結(jié)構(gòu)混凝土存在缺陷時(shí)對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)受力性能的影響。

2　工程概況

上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁，橋跨布置為4× 30m的預(yù)應(yīng)力砼現(xiàn)澆箱梁橋。該聯(lián)橋面寬度為：0.5m（防撞欄）+19.50m（行車(chē)道）+0.5m（防撞欄）。該橋橫截面為單箱三室截面，箱高1.8m，箱底寬度為10.5m，翼緣板寬度3.50m，箱頂板厚0.25m，箱底板厚0.25m。下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩或薄壁墩配樁基?，F(xiàn)澆箱梁采用C50砼，柱式墩、柱式墩蓋梁、承臺(tái)采用C30砼。設(shè)計(jì)荷載：公路-Ⅰ級(jí)。橋梁總體立面如圖1所示，跨中截面如圖2所示。

圖1　橋梁總體立面圖 （單位：m）

圖2　跨中截面示意圖 （單位：cm）

由于該橋第2跨跨中截面附近存在嚴(yán)重砼空洞露筋露波紋管，長(zhǎng)度范圍達(dá)到3m（如圖3所示），因此選擇第2跨跨中病害截面和第3跨與該病害對(duì)稱(chēng)的截面進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)病害截面與完好截面的實(shí)測(cè)撓度和應(yīng)變數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，評(píng)價(jià)該病害對(duì)該橋梁的整體受力性能的影響。

圖3　　橋梁病害圖

3　試驗(yàn)概述

3.1有限元計(jì)算

采用MIDAS計(jì)算軟件建立該橋的空間有限元分析模型，全橋131個(gè)節(jié)點(diǎn)，120個(gè)梁?jiǎn)卧?，橋梁模型如圖4所示。

圖4　模型計(jì)算圖

3.2加載工況

依據(jù)橋跨結(jié)構(gòu)所得的活載內(nèi)力包絡(luò)圖及外觀檢查結(jié)果，荷載試驗(yàn)測(cè)試截面與加載效率如表1所示。

表1　靜力試驗(yàn)荷載效率計(jì)算一覽表

4　試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1評(píng)定方法

4.1.1校驗(yàn)系數(shù)

校驗(yàn)系數(shù)η是評(píng)定結(jié)構(gòu)工作狀況，確定橋梁承載能力的一個(gè)重要指標(biāo)，可以從中判定橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力的工作狀態(tài)。

實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)η是試驗(yàn)的實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值的應(yīng)力或撓度之比，它反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)。

4.1.2相對(duì)殘余變位（或應(yīng)變）

殘余變位（或殘余應(yīng)變）按下列公式計(jì)算：

總變位（或總應(yīng)變）St＝Sl－Si；

彈性變位 （或彈性應(yīng)變）Se＝Sl－Su；

殘余變位 （或殘余應(yīng)變）Sp＝St－Se＝Su－Si；

式中：Si——加載前測(cè)值；

Sl——加載達(dá)到穩(wěn)定時(shí)測(cè)值；

Su——卸載后達(dá)到穩(wěn)定時(shí)測(cè)值。

引入相對(duì)殘余變位（或應(yīng)變）的概念描述結(jié)構(gòu)整體或局部進(jìn)入塑性工作狀態(tài)的程度。

相對(duì)殘余變位（或應(yīng)變）按下式計(jì)算：

4.2撓度測(cè)試結(jié)果與分析

在試驗(yàn)加載工況作用下，各控制截面的實(shí)測(cè)撓度及其與理論計(jì)算值的比較如表2所示。

4.3應(yīng)變測(cè)試結(jié)果與分析

在試驗(yàn)加載工況作用下，各控制截面的實(shí)測(cè)應(yīng)變與理論計(jì)算值的比較如表3所示。

表2　各控制截面撓度分析表

5　結(jié)論

從表2和表3可以看出，第2跨跨中截面各測(cè)點(diǎn)在試驗(yàn)荷載作用下實(shí)測(cè)撓度和應(yīng)變值呈線(xiàn)性漸變，無(wú)明顯的突變現(xiàn)象，且校驗(yàn)系數(shù)與第3跨對(duì)稱(chēng)截面基本一致，說(shuō)明該處混凝土空洞露筋露波紋管對(duì)結(jié)構(gòu)整體受力性能的影響較小。

表3　各控制截面應(yīng)變分析表

參考文獻(xiàn)

［1］胡釗芳，等．公路橋梁荷載試驗(yàn)［M］．北京：人民交通出版社，2003．

［2］大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法．1982．

［3］范立礎(chǔ)．橋梁工程（上）．北京：人民交通出版社，2000．

［4］JTGD60-2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范［S］．

［5］JTGD62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．