楊善武

(合肥工大工程試驗(yàn)檢測(cè)有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230009)

雙塔單索面矮塔斜拉橋靜載試驗(yàn)分析

楊善武

(合肥工大工程試驗(yàn)檢測(cè)有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230009)

橋梁荷載試驗(yàn)是評(píng)價(jià)橋梁承載能力的重要措施及方法，文章通過(guò)雙塔單索面矮塔斜拉橋靜載試驗(yàn)，闡述斜拉橋靜載試驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容及測(cè)點(diǎn)布置，分析橋梁在試驗(yàn)荷載作用下強(qiáng)度、剛度、拉索索力、抗裂性能及承載能力評(píng)定，對(duì)該類(lèi)橋梁靜載試驗(yàn)分析提供有益的參考依據(jù)。

斜拉橋;荷載試驗(yàn);試驗(yàn)方案

為了確保橋梁運(yùn)營(yíng)安全,需對(duì)已建立或在建橋梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)檢測(cè),測(cè)定橋梁結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下控制截面的應(yīng)力和撓度,并與理論計(jì)算值相比較,以對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)使用性能和工作狀況作出評(píng)價(jià),了解橋梁現(xiàn)狀及受力特性,評(píng)價(jià)橋梁承載能力是否滿足設(shè)計(jì)要求,根據(jù)檢測(cè)結(jié)果,提出處置措施與合理化建議,保證橋梁的安全運(yùn)營(yíng),同時(shí)為橋梁的養(yǎng)護(hù)和管理提供可靠的資料[1-4]。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.1 加載原則

試驗(yàn)荷載的大小和加載位置的選擇采用靜載試驗(yàn)效率系數(shù)ηd進(jìn)行控制,靜力試驗(yàn)荷載的效率系數(shù)即為試驗(yàn)施加荷載產(chǎn)生的作用效應(yīng)和設(shè)計(jì)荷載作用效應(yīng)(考慮沖擊影響)的比值一般應(yīng)滿足0.95～1.05之間,靜載試驗(yàn)效率[5-6]ηd為

(1)

其中,Ss為靜載試驗(yàn)荷載作用下控制截面的內(nèi)力計(jì)算值;S為控制荷載作用下控制截面最不利內(nèi)力計(jì)算值;μ為按規(guī)范取用的沖擊系數(shù);ηd為靜力試驗(yàn)荷載的效率系數(shù)。

1.2 加載方案

為使靜載試驗(yàn)工作順利進(jìn)行,橋梁靜載試驗(yàn)應(yīng)采用科學(xué)嚴(yán)密的加載卸載程序,加載卸載是分級(jí)遞加和遞減;在正式加載前要對(duì)試驗(yàn)橋梁進(jìn)行預(yù)加載,以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決。靜力試驗(yàn)宜選擇在氣溫變化小于2～3 ℃的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行,靜力試驗(yàn)荷載持續(xù)時(shí)間,原則上取決于結(jié)構(gòu)變形達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定所需要的時(shí)間,只有在結(jié)構(gòu)變形達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定后才能觀測(cè)讀數(shù),然后進(jìn)入下一級(jí)荷載階段。

1.3 測(cè)試截面及內(nèi)容

靜載試驗(yàn)應(yīng)針對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件主要控制截面進(jìn)行,對(duì)于斜拉橋靜載試驗(yàn)主要測(cè)試項(xiàng)目包括:主梁跨中最大正彎矩截面應(yīng)力及撓度、拉索最大索力、主塔最大內(nèi)力及塔頂縱向位移[7-10]。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

某雙塔單索面矮塔斜拉橋建于2013年,跨徑布置為80 m+140 m+80 m,主塔高23.5 m,為鋼筋混凝土獨(dú)柱實(shí)心矩形截面,主塔順橋向4 m,橫橋向?qū)? m;主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土整體式箱梁,箱梁主塔處高4.68 m,跨中合龍段處高2.68 m,箱梁梁高和底板厚度均按照二次拋物線變化。

道路等級(jí):城市主干道,設(shè)計(jì)車(chē)速60 km/h,雙向六車(chē)道。

設(shè)計(jì)荷載:公路-Ⅰ級(jí);人群荷載:3.5 kN/m2。

2.2 試驗(yàn)方案

2.2.1 控制截面

本次靜載試驗(yàn)共選擇4個(gè)控制截面,即:主塔塔頂縱向位移;主塔最大內(nèi)力;主跨跨中最大內(nèi)力;拉索最大索力,測(cè)試主梁、主塔、拉索在試驗(yàn)荷載作用下的受力情況,控制截面布置見(jiàn)圖1所示。

圖1 控制截面示意圖

2.2.2 測(cè)點(diǎn)布置

(1) 應(yīng)變測(cè)點(diǎn):在2-2截面布置4個(gè)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)、3-3截面布置8個(gè)應(yīng)力測(cè)點(diǎn),測(cè)試主塔及箱梁在各級(jí)試驗(yàn)荷載作用下的受力狀況,控制截面應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2、圖3所示。

圖2 2-2截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置圖

圖3 3-3截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置圖

(2) 撓度測(cè)點(diǎn):在主跨跨中最大內(nèi)力截面布置撓度測(cè)點(diǎn),測(cè)量主梁在試驗(yàn)荷載作用下變形?，F(xiàn)場(chǎng)撓度測(cè)試采用位移計(jì)進(jìn)行,測(cè)點(diǎn)布置于箱梁底,撓度測(cè)點(diǎn)布置示意見(jiàn)圖4所示。

圖4 3-3截面撓度測(cè)點(diǎn)布置圖

(3) 索力測(cè)點(diǎn):在4-4截面布置索力測(cè)點(diǎn),采用索力動(dòng)測(cè)儀測(cè)試?yán)髟谠囼?yàn)荷載作用下索力增量。

(4) 主塔縱向位移測(cè)點(diǎn):在1-1塔頂截面布置位移測(cè)點(diǎn),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件,采用全站儀測(cè)量試驗(yàn)荷載作用下主塔塔頂縱向位移,測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖5所示。

圖5 1-1截面縱向位移測(cè)點(diǎn)布置圖

2.2.3 試驗(yàn)荷載

試驗(yàn)荷載按照設(shè)計(jì)荷載橋梁上產(chǎn)生的最不利荷載效應(yīng)值反算而得,本橋靜載試驗(yàn)采用10輛44 t加載車(chē)進(jìn)行等效加載,車(chē)輛縱向位置按Midas/Civil 2015軟件計(jì)算的影響線進(jìn)行布設(shè)。

2.2.4 試驗(yàn)工況

本次荷載試驗(yàn)共加載四個(gè)工況,測(cè)試橋梁在試驗(yàn)荷載作用下的受力情況,了解橋梁承載能力,試驗(yàn)加載工況及測(cè)試項(xiàng)目見(jiàn)表1所列。

表1 加載工況及測(cè)試項(xiàng)目

2.2.5 加載效率

為保證靜載試驗(yàn)的有效性,因此靜載試驗(yàn)采用加載效率系數(shù)進(jìn)行控制,加載效率系數(shù)應(yīng)在0.95～1.05之間。該橋設(shè)計(jì)荷載作用下內(nèi)力包絡(luò)圖及各工況試驗(yàn)荷載作用下效應(yīng)圖見(jiàn)圖6～圖11;各試驗(yàn)工況加載效率見(jiàn)表2所列。

圖6 設(shè)計(jì)荷載作用下主梁內(nèi)力包絡(luò)圖

圖7 設(shè)計(jì)荷載作用下拉索內(nèi)力圖

圖8 工況一試驗(yàn)荷載作用下主塔縱向位移

圖9 工況二試驗(yàn)荷載作用下主塔內(nèi)力

圖10 工況三試驗(yàn)荷載作用下主梁彎矩圖

圖11 工況四試驗(yàn)荷載作用下拉索內(nèi)力圖

表2 各試驗(yàn)工況加載效率

各試驗(yàn)工況試驗(yàn)荷載效率均在0.95～1.05之間,保證了試驗(yàn)的有效性。

2.3 試驗(yàn)結(jié)構(gòu)分析

2.3.1 工況Ⅰ

工況Ⅰ:1-1截面塔頂最大縱向位移對(duì)稱加載試驗(yàn);塔頂實(shí)測(cè)縱向位移與計(jì)算值對(duì)比見(jiàn)表3所列。

表3 工況Ⅰ塔頂實(shí)測(cè)縱向位移與計(jì)算值對(duì)比

2.3.2 工況Ⅱ

工況Ⅱ:2-2截面主塔最大內(nèi)力對(duì)稱加載試驗(yàn);主塔實(shí)測(cè)應(yīng)力與計(jì)算應(yīng)力對(duì)比見(jiàn)表4所列。

表4 工況Ⅱ主塔實(shí)測(cè)應(yīng)力值與計(jì)算應(yīng)力值對(duì)比

2.3.3 工況Ⅲ

工況Ⅲ:3-3截面箱梁最大內(nèi)力及撓度對(duì)稱加載試驗(yàn);主梁實(shí)測(cè)應(yīng)力與計(jì)算應(yīng)力對(duì)比見(jiàn)表5所列,跨中撓度實(shí)測(cè)值與計(jì)算值對(duì)比見(jiàn)表6所列。

表5 工況Ⅲ主梁實(shí)測(cè)應(yīng)力值與計(jì)算應(yīng)力值對(duì)比

表6 工況Ⅲ主梁實(shí)測(cè)撓度值與計(jì)算值對(duì)比

3.3.4 工況Ⅳ

工況Ⅳ:4-4截面拉索最大索力對(duì)稱加載試驗(yàn);實(shí)測(cè)索力增量與計(jì)算索力增量對(duì)比見(jiàn)表7所列。

表7 工況Ⅳ拉索實(shí)測(cè)應(yīng)力值與計(jì)算應(yīng)力值對(duì)比

3 結(jié) 論

(1) 試驗(yàn)結(jié)果表明:控制截面實(shí)測(cè)彈性撓度、應(yīng)變、塔頂縱向位移均小于計(jì)算值,且卸載后相對(duì)殘余均小于0.2,實(shí)測(cè)索力增量偏差率小于0.1,橋梁在試驗(yàn)荷載作用下處于彈性工作狀態(tài),主梁、主塔的剛度、強(qiáng)度性能良好,拉索受力正常,結(jié)構(gòu)受力合理,有足夠的安全儲(chǔ)備,滿足公路-Ⅰ級(jí)設(shè)計(jì)荷載等級(jí)要求。

(2) 本文結(jié)合工程實(shí)際,討論了大跨度斜拉橋靜載試驗(yàn)的內(nèi)容、方案等,并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,對(duì)以后同類(lèi)橋的檢測(cè)具有一定的借鑒意義。

(3) 橋梁荷載試驗(yàn)不僅可以檢驗(yàn)成橋質(zhì)量,反映橋梁的安全性和適用性,還可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)理論,為后期橋梁的運(yùn)營(yíng)及養(yǎng)護(hù)提供必要的資料。

(4) 本文僅僅是一次生產(chǎn)鑒定性試驗(yàn),對(duì)于橋梁承載能力的判斷僅僅停留在是否滿足設(shè)計(jì)及我國(guó)現(xiàn)有規(guī)范的基礎(chǔ)之上,但由于橋梁之間存在諸多差異(如結(jié)構(gòu)型式、材質(zhì)、地理位置等),因此對(duì)于不同橋型的荷載試驗(yàn)進(jìn)行歸納總結(jié)是十分必要的,不僅可以用真實(shí)的數(shù)據(jù)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性,還可以為今后規(guī)范的修訂提供必要的參考數(shù)據(jù)。

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2016-11-15

楊善武(1976-)，男，安徽安慶人，合肥工大工程試驗(yàn)檢測(cè)有限責(zé)任公司經(jīng)理．

U446.1;U448.27

A

1673-5781(2016)06-0799-04