陳 世 九

(福建船政交通職業(yè)學院,福州 350001)

0 引言

對橋梁進行靜載試驗,其目的是為了分析橋梁結構的承載能力和穩(wěn)定性[1].根據橋梁的質量評定數據與結果,可以及時對施工過程中所存在的問題進行調整,可以用于指導橋梁運營的維護與管理.對于一些通行量較大的橋梁,也可以定期進行靜載試驗,以此為依據進行橋梁改造,及時修復因承載過重而引發(fā)的斷裂問題[2],進而不斷提高橋梁的承載能力.

1 工程概況

某人行景觀天橋位處福建省,橋梁在平面布置上呈現飄帶狀,跨越江濱路.全橋為七跨一聯(lián)連續(xù)梁橋,橋梁全長97.50m,各跨為(5.80+29.30+15.30+15.00+15.00+13.00+4.10)m.橋面寬2.95m,設雙向1.5%橫坡,橫向布置為:0.20m花槽+0.15m欄桿+2.25m人行道+0.15m欄桿+0.20m花槽.

橋梁上部結構采用Q345qC鋼箱梁,梁高均采用1.0m.主箱梁頂板厚16mm、底板厚18mm、腹板厚14mm,箱內頂、底板及腹板上布置扁鋼加勁肋,加勁肋版厚10mm.箱梁橫隔板間距2.0m,靠近橫向聯(lián)系處加密,橫隔板厚10mm或14mm.橋墩采用Y形墩和圓柱墩.

根據甲方委托要求,依據《城市橋梁檢測與評定規(guī)范》(CJJT 233-2015)和結構受力特性,對人行天橋第1聯(lián)橋跨結構的受力控制截面進行荷載試驗,測定試驗荷載作用下控制斷面的撓度、應變變化情況,評價該橋承載能力是否滿足設計荷載5.0kN/m2(人群)等級要求.

2 靜載試驗

為能準確分析橋梁的整體受力規(guī)律及其使用性能,特采用MIDAS-Civil分析軟件進行空間受力分析,對各種工況作用進行理論計算,并通過理論值與實測值進行對比分析,對橋梁結構的狀態(tài)進行評估[3].

2.1 有限元建模

根據橋梁設計施工圖紙,對橋梁進行MIDAS-Civil建模,并將人群設計荷載按5.0kN/m2×2.95m=14.75kN/m的均布荷載，按車道線布載進行計算,其彎矩內力圖如圖1所示.根據內力圖所示,橫跨江濱路的主橋第一聯(lián)第二跨鋼箱梁結構跨中截面的彎矩為最大,2#墩位處結構負彎矩為最大.

圖1 設計荷載內力Fig.1 Internal force diagram of the design load

根據結構的安全性以及受力情況,選擇主橋第一聯(lián)第二跨鋼箱梁結構的跨中截面(Ⅰ-Ⅰ截面)和2#墩位處(Ⅱ-Ⅱ截面)為測試截面(受力控制截面)進行靜載試驗,具體見圖2.

圖2 測試截面示意圖(單位：m)Fig.2 Schematic diagram of the testing section

2.2 試驗荷載

常用加載設備主要有3種,分別為車輛荷載、重物與專用加力架[4].根據橋梁設計資料和現場實測資料,利用MIDAS-Civil模型,以人群設計荷載(5.0kN/m2)為試驗荷載產生的項目最不利效應值等效換算,確定了所需的試驗荷載、加載位置[5].本試驗中加載物采用水箱抽水配重進行等效加載.加載水箱采用鋼板搭設,內鋪防水薄膜,水箱尺寸為8.00m×2.25m,如圖3所示.

圖3 水箱加載現場照片Fig.3 Scene photo of the water tank loading

按照每級水位一定高度分3個級別進行分級加載,累計加載重量為9.000t，13.500t，18.000t.有限元模型試驗荷載加載圖如圖4所示.

圖4 有限元模型試驗荷載加載圖Fig.4 Test load diagram of finite element model

2.3 試驗效率

根據《城市橋梁檢測與評定規(guī)范》(CJJT 233-2015),橋梁靜力試驗用荷載效率η來確定試驗的最大荷載[6].靜力試驗荷載效率η的計算公式為:

(1)

式中,Sstar為在靜力試驗的實際工況荷載作用下,控制截面的最大內力或變位計算值;Sk為控制荷載作用下,控制截面最不利內力或變位計算值;μ為設計沖擊系數.

各試驗工況下使用公式(1)計算控制截面在設計荷載和試驗荷載作用下的彎矩值,計算結果見表1.結果表明,橋梁控制截面的靜載試驗荷載效率η滿足規(guī)定的要求[7](對驗收性荷載試驗,其值應大于或等于0.85,且不得大于1.05).

表1 荷載效率計算Table 1 Calculation table of load efficiency

2.4 試驗結果

在I-I截面處橋面位置左右兩側布設5m塔尺,采用精密水準儀測量測定試驗荷載作用下該截面的撓度變化情況.在I-I和II-II截面處,在鋼箱梁底面及腹板位置安裝應變傳感器,用靜態(tài)應變儀采集,確定在此荷載條件下的實際應變[8].

在試驗加載工況下,進行各控制截面撓度的實測工作,測試現場照片如圖5所示.撓度實測值詳見表2.

圖5 撓度、應變測試現場照片Fig.5 Scene photos of deflection and strain testing

Test sectionsMeasuringpointMeasuredvalue/mmAveragevalue/mmHeoreticalValue/mmCheckcoefficientηResidualdisplacement/mmRelative residualdisplacement/%Section Ⅰ-ⅠRight side5.485.565.960.930.488.1Left side5.640.538.6

3 試驗結果分析

3.1 撓度測試結果分析

撓度實測值及其與理論值的比較如表2所示.各分級荷載作用下,截面實測撓度值與理論值的比較以及撓度隨加載重量的變化曲線見圖6.

圖6 截面Ⅰ-Ⅰ實測撓度曲線圖Fig.6 Curve of measured deflection of section Ⅰ-Ⅰ

實測結構撓度校驗系數η=實測撓度/理論撓度,是試驗撓度的實測值與理論計算值之比,它反映結構實際承載能力的工作狀態(tài).相對殘余變位Sp′=Sp/St×100%,用以描述結構整體或局部進入塑性工作狀態(tài)的程度.從表2可以看出,I-I截面(第2跨跨中截面)撓度校驗系數為0.93,相對殘余撓度最大值為8.6%.測試截面撓度校驗系數均小于《城市橋梁檢測與評定規(guī)范》(CJJT 233-2015)規(guī)定的1.00,橋梁結構的承載能力滿足要求;相對殘余撓度最大值小于《城市橋梁檢測與評定規(guī)范》(CJJT 233-2015)規(guī)定的20%.

由表2和圖6可見,實測得到撓度值與理論計算值較接近,且分級加載過程中,實測撓度值隨荷載線性增加呈線性變化,荷載作用下梁片處于彈性受力狀態(tài)[9].

3.2 應變測試結果與分析

各控制截面的應變實測值及其與理論值的比較如表3所示.加載完畢時各分級荷載作用下,截面梁底實測應變值與理論值的比較以及應變隨加載重量的變化曲線如圖7、圖8所示.

表3 各控制截面應變分析Table 3 Strain analysis table for the control sections

由表3可見,各控制截面應變校驗系數為0.90～0.93,相對殘余應變最大值為6.7%.測試截面應變校驗系數均小于規(guī)定的1.00,相對殘余應變最大值小于規(guī)定的20%.

圖7 截面Ⅰ-Ⅰ鋼箱梁底實測應變曲線圖Fig.7 Curve of measured strain value at the beam bottom of section Ⅰ-Ⅰ

圖8 截面Ⅱ-Ⅱ鋼箱梁底實測應變曲線圖Fig.Curve of measured strain value at the beam bottom of section Ⅱ-Ⅱ

由表3和圖7、圖8可見,實測應變值與理論計算值較接近,且分級加載過程中,實測應變值隨荷載線性增加呈線性變化,荷載作用下梁片處于彈性受力狀態(tài).

4 結論和建議

綜上所述,該人行天橋承載能力能滿足設計荷載等級要求.為保證人行天橋的安全和橋梁結構的耐久性,建議如下:

(1) 營運中應注意加強對橋跨結構各受力控制截面、欄桿、支座等重要部件的定期監(jiān)測和養(yǎng)護管理,并保持橋面鋪裝平整和路面的整潔,減小橋梁的沖擊振動和跳躍振動.

(2) 定期對鋼結構進行日常防腐、防銹檢查,出現缺陷情況及時修補.

(3) 建立永久性的水準測量點,定期對上跨城市行車道的橋跨變位情況進行測量.