■吳騰飛
(福建船政交通職業(yè)學院,福州 350007)
某預應力混凝土連續(xù)箱梁橋左幅上部結(jié)構(gòu)采用40m等跨、等截面預應力混凝土連續(xù)箱型梁,共15孔,龍文區(qū)側(cè)為8孔一聯(lián),龍海市側(cè)為7孔一聯(lián),箱梁置于R=33000m的豎曲線上。橋?qū)捊M合為:1.50m(人行道)+12.00m(車行道)+1.50m(人行道)=15.00m。箱梁為單箱單室結(jié)構(gòu),頂板寬14.0m,底板寬6.0m,箱梁高2.50m,跨中截面底板厚度為0.22m。橋墩采用鋼筋混凝土雙柱式墩身直接對接鉆孔樁基礎(chǔ),墩柱、樁身直徑均為1.5m。橋臺采用混凝土耳墻式,鉆孔樁基礎(chǔ)。
為了檢測橋梁在受火災后的承載能力,我們抽取了被火燒的預應力混凝土連續(xù)箱梁橋左幅第12跨進行了靜載能力試驗。根據(jù)前期專項外觀檢查火災后現(xiàn)場橋梁的損傷情況,對材料及箱梁截面進行削減。通過現(xiàn)場靜載試驗檢測,進一步調(diào)整有限元模型,使其接近于現(xiàn)場受損情況。最終通過火災受損前后模型的比較,鑒定火災對橋梁結(jié)構(gòu)受力性能的影響程度和折減系數(shù),為加固設(shè)計提供依據(jù)。
根據(jù)前期對預應力混凝土連續(xù)箱梁橋左幅第12跨的外觀專項檢查,針對受損情況,對第12跨跨中截面、距11#墩11.50m梁底受損最深截面、11#墩支點負彎矩截面、11#墩和12#墩支座壓縮情況進行靜載試驗檢測。測試內(nèi)容包括控制截面的撓度及應力應變,支座壓縮量等。
3.1.1 靜載試驗工況及檢測對象
最大試驗荷載為設(shè)計標準規(guī)定的荷載:汽車-20、人群3.50kN/m2。
本次試驗根據(jù)該橋施工設(shè)計圖紙,應用MIDAS計算軟件進行建模計算。
依據(jù)橋跨結(jié)構(gòu)所得的活載內(nèi)力包絡(luò)圖和現(xiàn)場橋梁損傷檢測結(jié)果,選擇第12跨三處控制截面進行試驗,同時對火災影響范圍內(nèi)的支座壓縮情況進行試驗觀測,具體如表1所示,測試截面位置如圖1所示。
表1 試驗測試內(nèi)容
圖1 試驗測試截面示意圖(單位:m)
3.1.2 測試項目
(1)應變
控制截面:第12跨跨中截面(Ⅰ-Ⅰ截面)、第12跨梁底受損最深截面(Ⅱ-Ⅱ截面)、11#墩支點負彎矩截面(Ⅲ-Ⅲ截面)。
(2)撓度
控制截面:第12跨跨中截面(Ⅰ-Ⅰ截面)、第12跨梁底受損最深截面(Ⅱ-Ⅱ截面)。
(3)支座壓縮量
控制截面:11#墩支座、12#墩支座。
(4)裂縫
控制截面: 第 12跨距 11#墩 18.85m、19.10m、21.80m、21.90m梁底橫向裂縫。
3.1.3 靜力荷載試驗方案
(1)測點布置
主要控制截面的應變測點、撓度測點、支座壓縮量觀測點如圖2~4所示;裂縫開展情況觀測測點如圖5所示。
圖3 各控制截面撓度測點布置圖
圖4 墩柱支座壓縮量測點布置圖
圖5 第12跨箱梁梁底裂縫監(jiān)測示意圖
3.1.4 靜載試驗荷載和試驗效率
以設(shè)計標準活載產(chǎn)生的該試驗項目的最不利效應值等效換算,確定所需的試驗荷載、加載車輛和輪位,且該橋的靜載試驗荷載效率 滿足 《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》(JTG/T J21-01-2015)基本荷載試驗規(guī)定的要求。
式中,S——控制荷載作用下控制截面最不利內(nèi)力計算值;
μ——按規(guī)范采用的沖擊系數(shù);
ηq——靜力試驗荷載的效率,對交(竣)工驗收荷載試驗,宜介于0.85~1.05之間;對舊橋承載能力評定,宜介于 0.95~1.05之間。
3.1.5 試驗車輛
本試驗橋跨靜載試驗共采用5輛重約35t的車輛進行等效加載。
3.2.1 撓度測試結(jié)果
根據(jù)預應力混凝土連續(xù)箱梁橋左幅第12跨控制截面荷載-撓度關(guān)系曲線,在汽車-20級設(shè)計荷載的各等效荷載工況作用下,預應力混凝土連續(xù)箱梁橋第12跨各控制截面荷載與撓度基本保持線性關(guān)系,表明在試驗荷載作用下梁體處于彈性范圍之內(nèi)。
由各控制截面應變分析表可知,預應力混凝土連續(xù)箱梁橋第12跨跨中截面撓度校驗系數(shù)分別為0.99和1.00,相對殘余撓度最大值為3.0%;第12跨梁底受損最深截面撓度校驗系數(shù)為0.95和0.98,相對殘余撓度最大值為4.0%。各測試截面撓度校驗系數(shù)均接近于1.00,相對殘余撓度最大值均小于 《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》(JTG/T J21-01-2015)規(guī)定限值20%。表明在假設(shè)條件下,現(xiàn)場實測撓度值與理論計算撓度值較為接近,模型假設(shè)條件與現(xiàn)場災后情況較為接近。
3.2.2 應變測試結(jié)果
根據(jù)預應力混凝土連續(xù)箱梁橋左幅第12跨控制截面荷載-應變關(guān)系曲線,預應力混凝土連續(xù)箱梁橋左幅第12跨各控制截面荷載與應變基本保持線性關(guān)系,表明在試驗荷載作用下梁體處于彈性范圍之內(nèi)。
由各控制截面應變分析表可知,預應力混凝土連續(xù)箱梁橋第12跨跨中截面應變校驗系數(shù)為0.87~0.97,相對殘余應變最大值為14.3%;第12跨梁底受損最深截面應變校驗系數(shù)為0.84~0.98,相對殘余應變最大值為14.8%;11#墩支點負彎矩截面應變校驗系數(shù)為0.86~0.89,相對殘余應變最大值為18.2%。各測試截面應變校驗系數(shù)均接近于1.00,相對殘余應變最大值均小于《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》(JTG/T J21-01-2015)規(guī)定限值20%。表明在假設(shè)條件下,現(xiàn)場實測應變值與理論計算應變值較為接近,模型假設(shè)條件與現(xiàn)場災后情況較為接近。
3.2.3 支座壓縮測試結(jié)果
在試驗工況7、8荷載作用下,11#墩和12#墩支點截面實測撓度值如表2所示。
表2 各控制截面實測撓度值表
從表2可以看出,在試驗工況7荷載作用下,11#墩柱支座壓縮量實測平均值為0.16mm,在試驗工況8荷載作用下,12#墩柱支座壓縮量實測平均值為0.12mm,相對殘余變位最大為17.6%,卸載后均能夠較好的恢復到初始狀態(tài)。
3.2.4 裂縫觀測結(jié)果
對第12跨梁底橫向裂縫布置測點,在試驗荷載工況下,各裂縫開展情況監(jiān)測結(jié)果如表3所示。
表3 裂縫開展監(jiān)測結(jié)果表
在汽車-20級設(shè)計荷載的等效荷載工況作用下,跨中截面附近4條橫向裂縫均發(fā)生開展,開展最大寬度為0.037mm(初始縫寬0.20mm),卸去荷載后裂縫均能夠較好恢復到初始狀態(tài),試驗過程中未見新裂縫產(chǎn)生。
在各試驗工況荷載作用下,各測試截面附近均未觀測到新裂縫。
根據(jù)預應力混凝土連續(xù)箱梁橋左幅第二聯(lián)火災后專項外觀檢查結(jié)果,并結(jié)合此次橋梁靜載試驗專項檢測結(jié)果,預應力混凝土連續(xù)箱梁橋左幅第12跨上部結(jié)構(gòu)火災后的抗彎承載能力相比火災前有所降低;橋梁彈性工作狀況較好,經(jīng)驗算抗力效應能夠滿足設(shè)計荷載等級要求。結(jié)合此次荷載試驗結(jié)果,從安全性和耐久性方面考慮,建議:
(1)以恢復至原設(shè)計抗彎承載力為目的,立即對火災受損位置進行加固修復。
(2)對火災影響范圍內(nèi)的盆式支座設(shè)置觀測點,結(jié)合每年定期檢查觀測支座情況。如發(fā)現(xiàn)異常情況應立即對支座進行更換,同時對全橋盆式支座進行除銹防腐處理。
(3)加強養(yǎng)護,及時進行日常檢查及定期檢查。
(4)嚴禁超限、超載車輛通行。
(5)今后營運中應注意加強對橋跨結(jié)構(gòu)各受力控制截面、墩柱等重要部件的檢查和養(yǎng)護管理,建立永久性控制檢測點,定期觀測橋面線形。