廖福星

(三明市交通建設(shè)投資有限公司 福建三明 365000)

圬工拱橋外形優(yōu)美，承載能力強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣泛[1]。近年來(lái)，隨著交通路網(wǎng)建設(shè)的開(kāi)展，交通量的增加，車(chē)輛荷載等級(jí)的提高，對(duì)現(xiàn)存的圬工拱橋的技術(shù)要求也相應(yīng)提高。尤溪縣清溪口大橋位于縣道X733，為七官場(chǎng)、清溪口等幾個(gè)自然村去往尤溪縣城的必經(jīng)之道，距離省道S206跨尤溪橋約200m。該橋?yàn)?跨26.7m敞肩式石拱橋，總體布置如(圖1)。大橋原設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽車(chē)-10級(jí)，由于使用年限較長(zhǎng)，目前橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)有承載力是否還能安全承受設(shè)計(jì)荷載，需要通過(guò)荷載試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。

圖1 清溪口大橋總體布置圖單位:cm

1 外觀檢查

在全橋外觀檢查中病害情況較為嚴(yán)重。在2#臺(tái)拱腳中心線(xiàn)處水泥鋪裝層錯(cuò)臺(tái)，板塊凹陷、填料外露;主拱圈1#孔、2#孔主拱圈多處存在砂漿面層脫落、滲水、泛白等跡象;腹拱存在多處貫通裂縫，最大處裂縫寬度達(dá)到1cm;2#橋臺(tái)砌體大范圍出現(xiàn)破損、剝落、松動(dòng)、變形等現(xiàn)象。而臺(tái)背路面明顯沉降，橋頭跳車(chē)嚴(yán)重。主要病害圖詳見(jiàn)(圖2)所示。按公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》(JTG/T H21-2011)[2]對(duì)橋梁技術(shù)狀況進(jìn)行評(píng)定，判定大橋橋梁總體技術(shù)狀況評(píng)定為5類(lèi)。

圖2 清溪口大橋主要病害圖

橋面平整度對(duì)車(chē)輛振動(dòng)位移響應(yīng)、沖擊系數(shù)等均有較大的影響。因此，外觀檢查還對(duì)橋面平整度進(jìn)行了測(cè)定。量測(cè)過(guò)程中選用TOKIMEC生產(chǎn)的激光連續(xù)式平整儀LP_300A，測(cè)定間距為5cm，沿路緣兩側(cè)共測(cè)得2條橋面縱斷面高程。從路面平整度曲線(xiàn)圖(圖3)中可以看出，清溪口大橋路面平整度測(cè)量距離為133m，測(cè)量結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差為7.86mm;清溪口大橋絕大多數(shù)接縫兩側(cè)出現(xiàn)高差現(xiàn)象，其高差大于10mm，表明該橋的路面平整度較差。

2 靜載試驗(yàn)

靜載試驗(yàn)采用等效設(shè)計(jì)荷載對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)施加載。試驗(yàn)荷載下的各測(cè)試項(xiàng)目達(dá)到檢測(cè)規(guī)范要求“主拱拱頂截面撓度和主拱3L/4截面撓度效應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)值的95～105%(靜載試驗(yàn)效率η)”見(jiàn)(表1)。

橋梁的撓度測(cè)試截面設(shè)置在1#、2#橋孔的兩個(gè)拱腳、L/4、L/2和3L/4截面位置對(duì)應(yīng)橋面系位置，共布置18個(gè)測(cè)點(diǎn)(圖4)。試驗(yàn)過(guò)程中采用徠卡電子水準(zhǔn)儀配合條碼尺，對(duì)橋面測(cè)點(diǎn)標(biāo)高進(jìn)行量測(cè)，以得到橋面豎向變形。

理論分析采用橋梁專(zhuān)用有限元程序MIDAS CIVIL[3]建立有限元模型，主拱圈、腹拱圈、立墻和橋面板采用三維梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，側(cè)墻和拱上填料采用集中荷載和梯形荷載進(jìn)行模擬。模型共劃分306個(gè)單元、326個(gè)節(jié)點(diǎn)。有限元模型(圖5)。通過(guò)計(jì)算試驗(yàn)荷載作用下結(jié)構(gòu)的豎向變形，對(duì)比試驗(yàn)實(shí)測(cè)撓度，判定橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)有技術(shù)狀況。

表1 靜載測(cè)試工況及測(cè)試內(nèi)容

圖3 清溪口大橋?qū)崪y(cè)路面平整度曲線(xiàn)

圖4 清溪口大橋撓度測(cè)點(diǎn)縱橋向布置

圖5 清溪口大橋有限元模型

限于篇幅，下(表2、表3)及(圖6)示出了靜載試驗(yàn)的撓度測(cè)試的部分結(jié)果。從中可見(jiàn)，結(jié)構(gòu)撓度規(guī)律與有限元計(jì)算基本一致;控制截面測(cè)點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)的最大值為0.86，符合《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》規(guī)定的撓度校驗(yàn)系數(shù)不大于1.00的要求。退載后變形基本可恢復(fù)，控制測(cè)點(diǎn)的最大相對(duì)殘余變形基本符合《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》中的殘余變形不超過(guò)20%的限值要求。但同時(shí)(表3)數(shù)據(jù)表明，工況二作用下，測(cè)點(diǎn)1-8殘余變形28.57%，大于20%的要求。因此，主拱圈承載能力不滿(mǎn)足《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》要求。

表2 工況二各測(cè)點(diǎn)撓度實(shí)測(cè)值與理論值的比較(單位:mm)

表3 工況三各測(cè)點(diǎn)撓度實(shí)測(cè)值與理論值的比較(單位:mm)

圖6 不同工況下各測(cè)點(diǎn)撓度實(shí)測(cè)值與理論值關(guān)系圖

3 動(dòng)載試驗(yàn)

動(dòng)載試驗(yàn)主要進(jìn)行環(huán)境脈動(dòng)試驗(yàn)及強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)，以測(cè)試結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)。(圖7)示出了清溪口大橋拱頂截面實(shí)測(cè)的環(huán)境振動(dòng)時(shí)程曲線(xiàn)。實(shí)測(cè)豎向一階自振頻率為3.23Hz，略小于理論計(jì)算值3.85Hz，實(shí)測(cè)振型與理論計(jì)算振型基本一致。

圖7 環(huán)境振動(dòng)試驗(yàn)的加速度時(shí)程曲線(xiàn)

沖擊系數(shù)是確定車(chē)軸荷載對(duì)橋梁動(dòng)力作用的重要技術(shù)參數(shù)，沖擊系數(shù)的大小綜合反映了橋面平整度、運(yùn)行車(chē)輛的動(dòng)力性能、車(chē)速等因素對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能的影響。將應(yīng)變時(shí)程曲線(xiàn)進(jìn)行時(shí)域分析后得不同車(chē)速下的沖擊系數(shù)，列于(表4)中。可見(jiàn)實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下車(chē)輛對(duì)橋梁的沖擊系數(shù)為1.18～1.54。按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60-2004)[4]的規(guī)定，設(shè)計(jì)沖擊系數(shù)應(yīng)取1.00。因此，在正常行車(chē)時(shí)，清溪口大橋?qū)崪y(cè)沖擊系數(shù)比設(shè)計(jì)值大，沖擊系數(shù)較大的主要原因在于路面不平整和橋面鋪裝錯(cuò)臺(tái)。

表4 清溪口大橋?qū)崪y(cè)沖擊系數(shù)

4 結(jié)論

1)根據(jù)外觀檢查中發(fā)現(xiàn)主要病害，如主拱圈1#孔、2#孔主拱圈多處存在砂漿面層脫落、滲水、泛白等跡象;腹拱存在多處貫通裂縫等，按照《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》(JTG/T H21-2011)對(duì)橋梁技術(shù)狀況進(jìn)行評(píng)定，判定大橋橋梁總體技術(shù)狀況評(píng)定為5類(lèi)。

2)清溪口大橋靜載試驗(yàn)按設(shè)計(jì)荷載汽-10級(jí)進(jìn)行等效布載，本次靜載試驗(yàn)效率為η=0.96～1.02，試驗(yàn)是有效的。試驗(yàn)工況下，撓度規(guī)律與理論計(jì)算基本一致;控制截面測(cè)點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)的最大值為0.86，符合規(guī)程(JTG/T J21-2011)規(guī)定的撓度校驗(yàn)系數(shù)不大于1.00的要求。但退載后控制測(cè)點(diǎn)的最大相對(duì)殘余變形為28.57%，超過(guò)規(guī)程(JTG/T J21-2011)規(guī)定的殘余變位20.00%的限值。

3)清溪口大橋環(huán)境振動(dòng)實(shí)測(cè)豎向一階自振頻率為3.23Hz，略小于理論計(jì)算值3.85Hz，實(shí)測(cè)振型與理論計(jì)算振型一致。實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下車(chē)輛對(duì)橋梁的沖擊系數(shù)為1.18～1.54，大于《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60-2004)

中規(guī)定設(shè)計(jì)沖擊系數(shù)1.00的要求。因此，在正常行車(chē)時(shí)，清溪口大橋?qū)崪y(cè)沖擊系數(shù)比設(shè)計(jì)值大，沖擊系數(shù)較大的主要原因在于路面不平整。

[]范立礎(chǔ).橋梁工程(第二版)[M].人民交通出版社.2012.

[2]JTG/T J21-2011，公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程[S].

[3]橋梁工程軟件MIDAS CIVIL應(yīng)用工程實(shí)例[M].人民交通出版社.北京，2011.

[4]JTG D60-2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].