代少敏
廣東華路交通科技有限公司(510420)
簡支梁橋換梁后靜載試驗研究
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通過對采用換梁方式進行維修后的某小橋進行靜載試驗,評價橋梁承載能力及維修加固效果?;趯崪y撓度計算試驗荷載作用下各梁橫向分布系數(shù)來評價橋梁橫向整體性能。通過布設監(jiān)測點,探討更換梁體與相鄰梁體的連接情況。
橋梁工程;維修加固;靜載試驗;橫向分布系數(shù)
荷載試驗是評價橋梁工作性能和承載能力的有效手段,通過對采用換梁方式進行維修后的某小橋進行靜載試驗,評價其承載能力及維修加固效果。對于多梁式簡支梁橋,梁體橫向整體性能對橋梁結構尤為重要,通過試驗實測撓度可以計算試驗荷載作用下各梁的橫向分布系數(shù),從而評價橋梁橫向整體性能??紤]到橋梁進行了換梁的特殊性,試驗過程中通過布設監(jiān)測點,分析更換的梁體與相鄰梁體的連接情況。
跨徑為8 m的某簡支空心板小橋,原橋共有11片空心板,由于梁體出現(xiàn)嚴重病害,維修加固時將原9#、10#兩片梁更換為現(xiàn)澆板,并更換橋面鋪裝,橋梁換梁前后的橫斷面示意圖見圖1。
圖1 橋梁橫斷面布置示意圖
為檢驗橋梁結構的承載能力和工作性能,了解維修加固效果,為橋梁養(yǎng)護管理提供依據(jù),特對該橋進行靜載試驗。
2.1 試驗方法
根據(jù)該橋維修加固情況和目前的結構受力特點,選擇該橋的試驗工況為2個,即:9#梁跨中最大正彎矩工況(工況1);1#梁跨中最大正彎矩工況(工況2)。
靜載試驗按照荷載等效模擬的方法逐級加載,工況1和工況2均采用4臺重約350 kN的車輛,車輛布置采用偏載方式,分3級進行加載。
2.2 測點布置
撓度測點布置在每片梁跨中及兩端支座處。應變測點布置在每片梁梁底跨中位置,為監(jiān)測更換的梁體與相鄰梁體橫向連接情況,在其接縫處跨縫也布置應變監(jiān)測點。
3.1 橋梁總體性能評價
按照規(guī)范要求,求出工況1、工況2滿載下橋梁撓度校驗系數(shù)、應變校驗系數(shù)、相對殘余變形等指標,并與規(guī)范規(guī)定值進行比較。經數(shù)據(jù)處理和計算分析,各項試驗指標均滿足規(guī)范的要求,各試驗曲線的變化與理論計算結果基本相符,表明該梁在力學性能上滿足設計要求。
3.2 基于實測撓度的橫向整體性能分析
通過試驗荷載作用下各梁的橫向分布系數(shù)實測值與理論值的對比,可以評價橋梁橫向整體性能。通過兩者的對比曲線,可以分辨橫向聯(lián)系存在缺陷的部位,從而為橋梁后期運營和養(yǎng)護管理提供參考。
橫向分布系數(shù)理論值計算時,先采用文獻[1]方法編程計算各梁橫向分布影響線,再按照實際布載計算得到;橫向分布系數(shù)實測值按照公式(1)[2]計算。
其中:mk、fk、Ek、Ik分別為第k片梁的橫向分布系數(shù)、實測撓度、材料彈性模量、截面慣性矩;N為加載車輛數(shù)。
試驗荷載作用下各梁荷載橫向分布系數(shù)理論值、實測值見表1所示,兩者對比圖見圖2、圖3所示。
表1 試驗荷載作用下各梁橫向分布系數(shù)對比
圖2 工況1滿載時荷載橫向分布系數(shù)對比圖
圖3 工況2滿載時荷載橫向分布系數(shù)對比圖
由表1及圖2可以看出,在兩種荷載工況滿載的荷載模式下,各梁荷載橫向分布比例系數(shù)實測值與理論計算值基本一致,橋梁橫向整體性與理論計算基本相符。
在工況1荷載模式下,9#、11#梁分配荷載比理論計算略偏大,自6#梁開始,遠離加載側梁體分配荷載比理論計算略偏小,原因可能在于6#~7#梁間橫向聯(lián)系相對偏弱,這對荷載橫向傳遞有一定的影響。在工況2荷載模式下,3#~5#梁分配荷載偏大,2#~3#梁以及5#~6#梁間實測曲線存在突變,且自6#梁開始,遠離加載側的各梁所分配荷載均偏小,說明2#~3#梁以及5#~6#梁間橫向聯(lián)系偏弱,這與外觀檢查時2#~3#梁、5#~6#梁間鉸縫病害相比其他梁間鉸縫嚴重的情況相吻合。
由以上分析可知,該橋在試驗荷載模式下,橋梁橫向整體性與理論計算基本符合,但仍未完全恢復至設計要求,個別梁間橫向聯(lián)系偏弱。
3.3 更換梁體與相鄰梁體的連接情況
試驗結果表明,在各級荷載作用下,更換梁體與左右側梁體接縫處應變監(jiān)測點實測值未出現(xiàn)明顯變化,說明更換梁體與左右側梁體橫向連接處未出現(xiàn)開裂,其整體連接性能正常。
通過靜載試驗和計算分析,表明該橋承載能力滿足設計荷載等級的要求,橋梁橫向整體性與理論計算基本相符,個別梁間橫向聯(lián)系偏弱,更換梁體與左右側梁體整體連接性能正常。
根據(jù)以上分析,并結合該橋的實際工作狀況,建議采取的養(yǎng)護措施有:
1)加強橋梁的日常養(yǎng)護和定期檢查,應特別注意更換梁體與相鄰梁體的連接情況以及橫向聯(lián)系偏弱處鉸縫病害情況。
2)鑒于缺乏該橋維修加固前的相關試驗資料,本次荷載試驗數(shù)據(jù)未能與維修加固前的狀況進行對比,建議今后可在條件允許情況下,選擇具有代表性的同類型橋梁在維修加固前后分別進行荷載試驗,以便更清楚地了解維修加固效果,為優(yōu)化和改進舊橋維修加固方法提供參考。
[1]邵旭東,程翔云,李立峰.橋梁設計與計算[M].北京:人民交通出版社,2007.
[2]代少敏.簡支梁橋實測荷載橫向分布系數(shù)研究[J].山西建筑,2011,37(18):176-178.