鄧　靜

(成都市興蓉安科建設(shè)工程有限公司, 四川成都 610000)

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成都某跨線橋荷載試驗(yàn)分析

鄧靜

(成都市興蓉安科建設(shè)工程有限公司, 四川成都 610000)

【摘要】通過靜載試驗(yàn)全面了解橋梁結(jié)構(gòu)在靜載作用下的實(shí)際工作狀況，評價其工作性能。

【關(guān)鍵詞】跨線橋;靜載;試驗(yàn)

1工程概況

該橋全長469.96 m，橋梁上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土(C40)連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)為雙柱墩，設(shè)置隱形蓋梁，橋臺為輕型橋臺，臺后接路肩擋土墻，全橋基礎(chǔ)采用挖孔樁基礎(chǔ)，樁為端承樁，樁底進(jìn)入中風(fēng)化泥巖。全橋上部孔跨布置為5×20 m一聯(lián)，4×20 m+2×21.5 m一聯(lián)及5×20 m一聯(lián)共16孔(圖1)，箱梁高1.2 m，蓋梁設(shè)置為預(yù)應(yīng)力蓋梁。橋墩直徑為1.2 m，墩臺樁徑為1.5 m。設(shè)計荷載等級為城-A級荷載。

圖1　 連續(xù)梁布置

2試驗(yàn)?zāi)康呐c試驗(yàn)項(xiàng)目

2.1試驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)通過靜載試驗(yàn)，全面了解橋梁結(jié)構(gòu)在靜載作用下的實(shí)際工作狀況，從而判斷橋梁結(jié)構(gòu)的安全承載能力，評價其在設(shè)計使用荷載下的工作性能。

(2)為橋梁養(yǎng)護(hù)管理提供技術(shù)依據(jù)。

2.2試驗(yàn)項(xiàng)目

選取橋梁的第三聯(lián)第5跨(邊跨)、第二聯(lián)第1跨(跨徑較大牛腿跨)和第一聯(lián)第5跨(近牛腿跨)進(jìn)行荷載試驗(yàn)。根據(jù)連續(xù)箱梁橋的受力特點(diǎn)和受力性能，本次試驗(yàn)主要完成以下項(xiàng)目：

(1)結(jié)構(gòu)控制截面的最大應(yīng)力(或應(yīng)變)，評定橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否滿足設(shè)計要求；

(2)結(jié)構(gòu)的最大撓度和變形，評定橋梁結(jié)構(gòu)剛度是否滿足設(shè)計要求。

3試驗(yàn)工況

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》，選定典型內(nèi)力或位移控制截面進(jìn)行試驗(yàn)。橋梁試驗(yàn)各跨測試控制截面A1、B1、C1、A2、B2、C2、A3的位置分別如圖2、圖3所示。其中A1截面離伸縮縫9.3 m，A2截面離5#墩柱中心線10 m，A3截面離5#墩柱中心線9 m。B1、B2截面離最近墩柱中心線1.6 m，C1截面離伸縮縫2.0 m，C2截面離最近墩柱中心線2.5 m(即下牛腿根部)。

圖2　控制截面位置示意圖一

圖3　控制截面位置示意圖二

本試驗(yàn)按連續(xù)梁橋的主要試驗(yàn)內(nèi)容確定靜載試驗(yàn)工況，共安排10個工況。

(1)第三聯(lián)第5跨(邊跨)安排4個試驗(yàn)工況，試驗(yàn)工況號及控制內(nèi)力如下：

工況1: 跨中附近截面A1最大正彎矩(正載)。

工況2: 跨中附近截面A1最大正彎矩(偏載)。

工況3: 邊跨墩支點(diǎn)附近截面B1最大負(fù)彎矩工況(正載)。

工況10: 16#橋墩(臺)支點(diǎn)附近截面C1最大剪力工況(正載)。

(2)第二聯(lián)第1跨(跨徑較大牛腿跨)安排4個試驗(yàn)工況，試驗(yàn)工況號及控制內(nèi)力如下：

工況4: 跨中附近截面A2最大正彎矩工況(正載)。

工況5: 跨中附近截面A2最大正彎矩工況(偏載)。

工況6: 6#墩支點(diǎn)附近截面B2最大負(fù)彎矩工況(正載)。

工況7: 5#墩支點(diǎn)附近截面C2最大剪力工況(正載)。

(3)第一聯(lián)第5跨(近牛腿跨)安排2個試驗(yàn)工況，試驗(yàn)工況號及控制內(nèi)力如下:

工況8: 跨中附近截面A3最大正彎矩工況(正載)。

工況9: 跨中附近截面A3最大正彎矩工況(偏載)。

4加載荷載

4.1荷載試驗(yàn)的加載原則

為達(dá)到試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定和試驗(yàn)安全之目的，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對加載程序作如下安排：(1)在試驗(yàn)開始前，用單輛試驗(yàn)車低速往返多次通過試驗(yàn)橋梁，以消除部分殘余應(yīng)力，起到使試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定的效果；(2)為保證試驗(yàn)安全，避免過載引起橋梁損壞，其試驗(yàn)車輛將采取分批加載。事先計算出各工況下全部車輛引起控制截面的應(yīng)變與撓度，在部分試驗(yàn)車輛到位后，測量相關(guān)的應(yīng)變和撓度，將其與計算值進(jìn)行比較，按彈性力學(xué)原理，確認(rèn)全部車輛產(chǎn)生的應(yīng)力在計算估計的范圍之內(nèi)后，再讓全部試驗(yàn)車輛到位。

4.2試驗(yàn)加載用車

本次試驗(yàn)采用5輛400 kN雙后軸載重車(圖4)。主要技術(shù)指標(biāo)如下:

軸距：前軸距中軸3.3 m；中軸距后軸1.30 m。

圖4　400 kN加載汽車軸重、尺寸示意

軸重：前軸80 kN；中軸160 kN；后軸160 kN。

4.3荷載效率

各工況下試驗(yàn)所需加載車輛的數(shù)量，將根據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)活荷載產(chǎn)生的最不利效應(yīng)值按下式所定原則等效換算而得。

(1)

式中：η為靜力試驗(yàn)荷載效率系數(shù)；Sstat為試驗(yàn)荷載作用下，檢測部位變位或內(nèi)力的計算值；S為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)活荷載作用下，檢測部位變位或內(nèi)力的計算值(不計沖擊作用時)；μ為設(shè)計取用的沖擊系數(shù)。

依據(jù)式(1)的要求，計算各工況的加載車輛數(shù)和荷載效率系數(shù)。

十陵立交橋荷載試驗(yàn)各靜載試驗(yàn)工況的控制截面、控制項(xiàng)目、加載車輛數(shù)、荷載效率系數(shù)和加載方式如表1所示。

5試驗(yàn)方法

5.1橋梁撓度和橫向位移

在各試驗(yàn)工況下，加載前、加載中和卸載后分別對橋梁撓度進(jìn)行測量。橋面撓度測點(diǎn)分別位于試驗(yàn)跨的L/4、跨中、3L/4、支座和相鄰跨相關(guān)截面的橋面邊緣，采用精密水準(zhǔn)儀測量?？缰薪孛娴南淞旱撞课灰坪偷谝宦?lián)第5跨(近牛腿跨)的水平位移采用位移計測量。

第三聯(lián)第5跨(邊跨)撓度測點(diǎn)布置如圖5所示，第二聯(lián)第1跨(牛腿跨)、第一聯(lián)第5跨(近牛腿跨)的撓度測點(diǎn)布置如圖6所示。

表1　靜載工況及效率系數(shù)一覽表

圖5　第三聯(lián)第5跨撓度測點(diǎn)布置

圖6　第一聯(lián)第5跨、第二聯(lián)第1跨撓度測點(diǎn)布置

撓度和位移測量方法：采用精密水準(zhǔn)儀、位移計、全站儀等進(jìn)行撓度和位移測量。其中空心圓示意為橋面撓度測點(diǎn)；實(shí)心圓示意為箱梁底板測點(diǎn)；空心圓加叉為水平位移測點(diǎn)；黑三角為橋面全站儀測點(diǎn)。

5.2應(yīng)變測量

在各試驗(yàn)工況下，加載前、加載中和卸載后分別對橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)變進(jìn)行測量。橋梁混凝土表面的應(yīng)變測點(diǎn)，分別位于試驗(yàn)跨的控制截面的箱梁底板下緣、翼板下緣及腹板外側(cè)面，以及牛腿支座附近箱梁截面B2的中性軸處。

在跨中附近正彎矩控制截面A1、A2、A3的混凝土表面，布置縱向電阻式混凝土應(yīng)變片;在截面A1、A2、A3的箱梁底板下緣縱向鋼筋上，布置縱向電阻式鋼筋應(yīng)變片(圖7)。圖中： “—”和“〇”分別表示箱梁混凝土表面順橋向應(yīng)變片和主筋順橋向應(yīng)變片。

圖7　A1、A2、A3截面縱向應(yīng)變片布置

在負(fù)彎矩控制截面B1、B2的混凝土表面的應(yīng)變測點(diǎn)處，縱向布置混凝土電阻式應(yīng)變片(圖8)。

圖8　B1、B2截面縱向應(yīng)變片布置

在剪力控制截面C1的中性軸處，布置混凝土電阻式直角應(yīng)變花(圖9)。

圖9　C1截面直角應(yīng)變花布置

在剪力控制截面C2的中性軸處，布置混凝土電阻式直角應(yīng)變花(圖10)。

圖10C2截面直角應(yīng)變花布置

5.3溫度觀測

試驗(yàn)過程中觀測橋梁左右幅結(jié)構(gòu)溫度，并根據(jù)測試結(jié)果調(diào)整溫度補(bǔ)償片的數(shù)量及放置位置。

6靜載試驗(yàn)結(jié)果與分析

6.1應(yīng)變測試結(jié)果及分析

本試驗(yàn)采用Dp818靜態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)自動采集儀對各工況下各測點(diǎn)的加載應(yīng)變和卸載后各點(diǎn)的應(yīng)變進(jìn)行了測量，橋體結(jié)構(gòu)的實(shí)際殘余應(yīng)變?yōu)樾遁d后的應(yīng)變值減去儀器的初讀值，各測點(diǎn)的應(yīng)變值及按上述方法計算出的殘余應(yīng)變值具體測量數(shù)據(jù)省略。

第三聯(lián)第5跨(邊跨)底板混凝土各測點(diǎn)的殘余應(yīng)變加權(quán)平均值為0.5 με，而試驗(yàn)底板應(yīng)變加權(quán)平均值為27.5 με，相對殘余變形(殘余應(yīng)變與測試應(yīng)變之比)為1.82 %。第三聯(lián)第5跨底板縱向鋼筋各測點(diǎn)的殘余應(yīng)變加權(quán)平均值為0 με，而試驗(yàn)底板應(yīng)變加權(quán)平均值為72 με，相對殘余變形(殘余應(yīng)變與測試應(yīng)變之比)為0 %。

第二聯(lián)第1跨(牛腿跨)底板混凝土各測點(diǎn)的殘余應(yīng)變加權(quán)平均值為0.25 με，而試驗(yàn)底板應(yīng)變加權(quán)平均值為21.75 με，相對殘余變形(殘余應(yīng)變與測試應(yīng)變之比)為1.15 %。第二聯(lián)第1跨底板縱向鋼筋各測點(diǎn)的殘余應(yīng)變加權(quán)平均值為2 με，而試驗(yàn)底板應(yīng)變加權(quán)平均值為35 με，相對殘余變形(殘余應(yīng)變與測試應(yīng)變之比)為5.71 %。

第一聯(lián)第5跨(近牛腿跨)底板混凝土各測點(diǎn)的殘余應(yīng)變加權(quán)平均值為1.25 με，而試驗(yàn)底板應(yīng)變加權(quán)平均值為19.75 με，相對殘余變形(殘余應(yīng)變與測試應(yīng)變之比)為6.33 %。第一聯(lián)第5跨底板縱向鋼筋各測點(diǎn)的殘余應(yīng)變加權(quán)平均值為1 με，而試驗(yàn)底板應(yīng)變加權(quán)平均值為59 με，相對殘余變形(殘余應(yīng)變與測試應(yīng)變之比)為1.69 %。

通過剪切截面C的應(yīng)變花的應(yīng)變可以計算此處的主應(yīng)變。布置在箱梁C截面?zhèn)让嫔?°、90°和45°(或-45°)方向的應(yīng)變片，其對應(yīng)的實(shí)測應(yīng)變用 ε0、ε90和ε45(或ε-45)表示，于是有：

測點(diǎn)的主應(yīng)變?yōu)椋?/p>

由表算得C1截面各測點(diǎn)的主應(yīng)變分別為：1#為17 με；2#為24 με；3#為24 με。該3測點(diǎn)的理論主應(yīng)變均為21.7 με。

由以上應(yīng)變測量結(jié)果可知，相對殘余變形小于控制值20 %，說明該橋梁結(jié)構(gòu)在城-A級荷載作用下具有較好的彈性恢復(fù)能力。

箱梁跨中截面底板下緣測點(diǎn)在各工況下的應(yīng)變測量值與計算值具體測量數(shù)據(jù)省略。

跨中截面底板下緣混凝土測點(diǎn)的應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)多數(shù)在0.52～0.90之間，少數(shù)測點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)大于0.90，符合《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》中規(guī)定的1.05上限；跨中截面底板下緣鋼筋測點(diǎn)的應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.77～1.31之間，多數(shù)測點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)大于0.90。

A1截面底板下緣的混凝土實(shí)測應(yīng)變均小于鋼筋實(shí)測應(yīng)變，這表明：由于底板下緣混凝土裂縫(寬度0.1～0.2 mm)的出現(xiàn)，使得混凝土的受力有所削弱。此現(xiàn)象亦符合規(guī)范《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》采用的裂縫寬度計算理論。

綜合各控制截面的應(yīng)變值及應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)的分析，表明橋梁城-A級標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下結(jié)構(gòu)跨中附近是安全的,具有一定的安全承載儲備，強(qiáng)度能滿足正常使用要求。

6.2箱梁底板撓度測試結(jié)果及分析

本試驗(yàn)采用Dp818靜態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)自動采集儀對各工況下各撓度測點(diǎn)的加載撓度和卸載后各點(diǎn)的撓度進(jìn)行了測量。橋體結(jié)構(gòu)的實(shí)際殘余撓度為卸載后的撓度值減去儀器的撓度初讀值。各測點(diǎn)的撓度值省略。

主橋每一工況下各控制截面的撓度校驗(yàn)系數(shù)值在0.08～0.32之間，滿足《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》和《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》的要求。綜合各控制截面的撓度值及撓度校驗(yàn)系數(shù)的分析，說明該橋梁結(jié)構(gòu)符合橋梁變形規(guī)律，處于彈性工作狀態(tài)，結(jié)構(gòu)質(zhì)量可靠，承載能力足夠。

7結(jié)論

(1)本次靜荷載試驗(yàn)的荷載效率在合理范圍內(nèi)，其試驗(yàn)結(jié)果能夠反映結(jié)構(gòu)現(xiàn)有的技術(shù)狀態(tài)。

(2)在試驗(yàn)靜荷載作用下，各控制截面實(shí)測應(yīng)變值均小于設(shè)計值，殘余應(yīng)變較小，其應(yīng)變系數(shù)滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足設(shè)計荷載要求。

(3)在試驗(yàn)靜荷載作用下，各控制截面實(shí)測撓度值均小于設(shè)計值，較規(guī)范允許的撓度值小，殘余應(yīng)變較小，其應(yīng)變系數(shù)滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計荷載要求。

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

【中圖分類號】U446.1

[定稿日期]2015-08-28