殷立輝 ，張　巍

(1. 黑龍江大學(xué) 建筑工程學(xué)院，哈爾濱 150080；2. 黑龍江省龍交工程檢測(cè)加固有限公司，哈爾濱 150040)

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內(nèi)蒙古紅光橋荷載試驗(yàn)分析

殷立輝1，張巍2

(1. 黑龍江大學(xué) 建筑工程學(xué)院，哈爾濱 150080；2. 黑龍江省龍交工程檢測(cè)加固有限公司，哈爾濱 150040)

為了保證內(nèi)蒙古紅光橋運(yùn)營(yíng)的可靠性，對(duì)其進(jìn)行了靜力荷載試驗(yàn)。介紹了試驗(yàn)所采用加載車輛、試驗(yàn)內(nèi)容及試驗(yàn)方法。通過對(duì)靜力荷載試驗(yàn)結(jié)果的分析，證明紅光橋處于安全狀態(tài)，其強(qiáng)度、剛度均滿足設(shè)計(jì)要求。

簡(jiǎn)支梁橋;荷載試驗(yàn);加載效率;校驗(yàn)系數(shù)

1　工程概況

紅光橋竣工于2015年，位于京加線(G111線)內(nèi)蒙古自治區(qū)興安盟境內(nèi)，中心樁號(hào)為K1380+354。橋跨布置為5×13 m的簡(jiǎn)支板橋，計(jì)算跨徑為12.6 m。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用先張法預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C40，預(yù)應(yīng)力鋼束采用9束7Φ5鋼絞線。下部結(jié)構(gòu)采用樁柱式橋臺(tái)、樁柱式橋墩。該橋標(biāo)準(zhǔn)橫斷面布置為：0.5 m(防撞墻)+11.5 m(車行道)+0.5 m(防撞墻)=12.5 m。該橋的設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為公路Ⅱ級(jí)。結(jié)構(gòu)形式見圖1、圖2。

為檢驗(yàn)本橋設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量，確定工程的可靠性，為竣工驗(yàn)收提供技術(shù)依據(jù)，為橋梁養(yǎng)護(hù)、維修和運(yùn)營(yíng)提供相關(guān)技術(shù)依據(jù)，需對(duì)該橋進(jìn)行荷載試驗(yàn)。通過荷載試驗(yàn)，直接了解橋跨結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)，判斷實(shí)際承載能力，評(píng)價(jià)其在設(shè)計(jì)使用荷載下的工作性能，建立橋梁“指紋”檔案。

2　結(jié)構(gòu)理論分析

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，采用橋梁博士V3.2建立單片簡(jiǎn)支梁模型，橫向分布系數(shù)采用鉸接板梁法計(jì)算，見圖3、圖4。

圖1　橋型布置圖(單位：cm)Fig.1　Bridge layout diagram (unit: cm)

圖2　紅光橋結(jié)構(gòu)斷面示意圖(單位：cm)Fig.2　Schematic diagram of cross section of Hongguang bridge (unit: cm)

圖3　主梁設(shè)計(jì)荷載橫向分布系數(shù)Fig.3　Transverse load distribution influence lines

圖4　橋梁結(jié)構(gòu)單片梁有限元模型Fig.4　Bridge finite element model of single beam

試驗(yàn)橋跨結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=1.0，計(jì)算跨徑12.6 m，設(shè)計(jì)車道數(shù)為2車道，橫向折減系數(shù)1.0。通過計(jì)算得到在設(shè)計(jì)荷載作用下，橋梁跨中截面的設(shè)計(jì)彎矩值及橫向分布系數(shù)設(shè)計(jì)值，見表1。

表1試驗(yàn)橋跨跨中截面的設(shè)計(jì)彎矩及橫向分布系數(shù)(計(jì)入沖擊效應(yīng))

Table 1Design moment and transverse distribution coefficient in middle cross section of bridge’s tested span (including shock effect)

主梁編號(hào)1#梁2#梁3#梁4#梁5#梁6#梁設(shè)計(jì)彎矩值/(kN·m)271216212205191184橫向分布系數(shù)設(shè)計(jì)值0.3070.2450.2410.2320.2170.209基頻8.04Hz

3　靜載試驗(yàn)方案

靜力荷載試驗(yàn)的目的在于通過荷載試驗(yàn)，測(cè)定控制截面的應(yīng)力、變形和裂縫發(fā)展情況，并與理論計(jì)算值比較，綜合判斷橋梁既有工作狀態(tài)和承載能力。應(yīng)委托單位要求，選取1孔橋跨作為試驗(yàn)跨進(jìn)行靜力荷載試驗(yàn)。

3.1試驗(yàn)內(nèi)容

根據(jù)試驗(yàn)橋跨各控制斷面的內(nèi)力、撓度影響線，確定其最不利荷載位置，然后利用滿足規(guī)范要求的試驗(yàn)車輛進(jìn)行加載，實(shí)測(cè)試驗(yàn)跨控制截面的位移、應(yīng)力、裂縫的發(fā)展情況等。

靜載試驗(yàn)時(shí)，采用分級(jí)加載，每種加載工況重復(fù)兩次，測(cè)試主梁位移、應(yīng)變最終值為兩次加載的平均值。每次加載前，首先讀取測(cè)試點(diǎn)的初值，然后按設(shè)計(jì)載位布置完加載車輛，15 min后讀取加載值，讀取數(shù)據(jù)后加載車輛完全退出橋梁影響范圍之外，15 min后讀取卸載值。

本次靜載試驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容主要有應(yīng)變測(cè)試、位移測(cè)試和裂縫觀測(cè)等。

1)應(yīng)變測(cè)試：試驗(yàn)荷載作用下，實(shí)測(cè)各測(cè)試斷面的應(yīng)力變化情況，采用GBY橋式應(yīng)變傳感器進(jìn)行測(cè)試。

2)位移測(cè)試：試驗(yàn)荷載作用下，實(shí)測(cè)各測(cè)試斷面的撓度，主梁的位移觀測(cè)在橋下進(jìn)行，采用高精度電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行撓度測(cè)量。

3)裂縫觀測(cè)：選取測(cè)試截面附近的主要裂縫，利用裂縫觀測(cè)儀觀測(cè)裂縫在試驗(yàn)荷載作用下的發(fā)展情況。

3.2加載原則及加載車輛

根據(jù)設(shè)計(jì)荷載作用下的活載內(nèi)力及試驗(yàn)荷載作用下的內(nèi)力，按等效荷載的原則，在控制斷面上，試驗(yàn)荷載產(chǎn)生的效應(yīng)應(yīng)與設(shè)計(jì)荷載產(chǎn)生的效應(yīng)等效。參照文獻(xiàn)[1]的相關(guān)要求，試驗(yàn)荷載效率系數(shù)宜控制在0.95<η< 1.05。

靜載試驗(yàn)時(shí)，采用2輛總重37 t的3軸翻斗汽車進(jìn)行加載，見圖5。車輛特性參數(shù)見表2。

3.3測(cè)試斷面選取及測(cè)點(diǎn)布置

圖5　加載車輛尺寸(單位: m)Fig.5　Size of loading vehicle (unit: m)

選取1孔橋跨主梁跨中截面為控制截面及測(cè)試斷面(梁號(hào)依次為1#主梁～12#主梁)。撓度及應(yīng)變測(cè)點(diǎn)具體橫向布置見圖6。主梁底部共布置12個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)，梁底共布置12個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)。為了觀測(cè)加載過程中的基礎(chǔ)沉降，在試驗(yàn)橋跨兩側(cè)橋墩布置沉降觀測(cè)點(diǎn)。

表2　加載車輛參數(shù)

圖6　跨中測(cè)試斷面布置圖(cm)Fig.6　Layout diagram of tested middle cross section (unit: cm)

3.4試驗(yàn)工況

本次靜載試驗(yàn)采用3種加載工況，現(xiàn)列出加載工況1說明評(píng)定過程[1-3]，主要檢驗(yàn)1～5#主梁的承載能力以及1～12#主梁間橫向連接的情況，具體見表3。試驗(yàn)橋跨的設(shè)計(jì)彎矩、加載彎矩及試驗(yàn)加載效率見表4，試驗(yàn)橋跨的跨中撓度及應(yīng)變見表5、表6，車輛的加載位置見圖7。

表3　試驗(yàn)工況及測(cè)試項(xiàng)目

表4　工況1加載彎矩及加載效率

表5　工況1跨中截面加載撓度理論值

表6　工況1跨中截面加載應(yīng)變理論值

圖7　工況1滿級(jí)加載車輛布置圖(單位：m)Fig.7　Layout diagram of full load vehicles of test condition 1 (unit: m)

3.5試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定

本次試驗(yàn)測(cè)試跨中截面的撓度、應(yīng)變，采用高精度電子水準(zhǔn)儀、東華靜態(tài)應(yīng)變系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)點(diǎn)位進(jìn)行了測(cè)試，并與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析[1-6]。僅以工況1為例進(jìn)行說明。

工況1各片主梁跨中截面總撓度隨各級(jí)加載的測(cè)試結(jié)果見表7，工況1各片主梁跨中截面總應(yīng)變隨各級(jí)加載的測(cè)試結(jié)果見表8，主梁剛度、強(qiáng)度評(píng)定結(jié)果分別見表9、表10。

表7　工況1各片主梁跨中分級(jí)加載撓度測(cè)試結(jié)果(單位：mm)

表8　工況1各片主梁跨中分級(jí)加載應(yīng)變測(cè)試結(jié)果(單位：με)

表9　主梁剛度評(píng)定結(jié)果(單位：mm)

表10　主梁強(qiáng)度評(píng)定結(jié)果(單位：με)

4　結(jié)　論

通過靜力荷載試驗(yàn)，可以得出以下結(jié)論：

1)試驗(yàn)橋跨跨中截面彈性撓度、應(yīng)變實(shí)測(cè)值與計(jì)算值基本相似，表明結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系良好。

2)彈性撓度實(shí)測(cè)值小于理論計(jì)算撓度值，撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.62～0.77，說明結(jié)構(gòu)剛度滿足規(guī)范要求。卸載后實(shí)測(cè)相對(duì)殘余變形較小，最大相對(duì)殘余變形為7.76%，小于規(guī)范容許值20%。表明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

3)彈性應(yīng)變實(shí)測(cè)值小于理論計(jì)算應(yīng)變值，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)為0.52～0.67，說明結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。卸載后實(shí)測(cè)相對(duì)殘余應(yīng)變較小，最大相對(duì)殘余應(yīng)變?yōu)?2.20%，小于規(guī)范容許值20%。表明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

[1]JTG/J 21-2011，公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程[S].

[2]熊茜,朱永,武林林.克拉瑪依友誼大橋主跨靜載試驗(yàn)與分析[J].江西建材，2016(2)：204.

[3]梁春林.九江市跨沙潯線立交工程主橋荷載試驗(yàn)[J].福建建筑，2016(1)：85-87.

[4]JTG D62-2004，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].

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

[6]劉洪波，曹正旺，邵永松，等.變截面鋼支撐滯回性能研究[J].黑龍江大學(xué)工程學(xué)報(bào)，2015，6(2)：1-6.

Analysis of loading test on Hongguang bridge in Inner Mongolia

YIN Li-Hui1，ZHANG Wei2

(1.CollegeofArchitecturalEngineering,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China；2.HeilongjiangProvinceLongjiaoEngineeringDetection&ReinforcementCo.Ltd.,Harbin150040,China)

In order to ensure the reliability of the operation of Hongguang bridge in Inner Mongolia，loading test on this bridge was carried out. Loading vehicle, test content and test method were introduced. By the analysis on test result, this bridge is safe and its strength and rigidity meet the design requirements.

simply-supported beam bridge;loading test;loading efficiency;testing coefficient

10.13524/j.2095-008x.2016.02.023

2016-01-31

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51008094)；黑龍江大學(xué)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目

殷立輝(1981-)，男，黑龍江肇東人，講師，碩士，研究方向：橋梁荷載試驗(yàn)及疲勞損傷理論,E-mail:yinlihui666@126.com。

U446.1

A

2095-008X(2016)02-0032-07