宋萬(wàn)平

（上海同豐工程咨詢(xún)有限公司，上海市 200444）

1 工程背景

上海某木橋?yàn)橐蛔鶈慰绾?jiǎn)支木梁橋，跨徑為8.2 m，橋面總寬為2.30 m。該橋設(shè)計(jì)和竣工資料均已遺失，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)不明。該橋所處地段繁華，人流量較大，且木梁缺陷較多，技術(shù)狀況較差，橋梁已處于超限運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。因此，明確該橋目前的人群荷載等級(jí)并確保橋梁的安全運(yùn)營(yíng)已成為管理單位的當(dāng)務(wù)之急。

2 靜載試驗(yàn)

靜載試驗(yàn)是檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下橋梁實(shí)際工作狀態(tài)與性能的有效手段，通過(guò)對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜荷載加載，測(cè)量試驗(yàn)荷載作用下控制截面應(yīng)力（應(yīng)變）和撓度等指標(biāo)，檢驗(yàn)實(shí)橋結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度等參數(shù)是否滿(mǎn)足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

2.1 測(cè)試斷面和測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)簡(jiǎn)支梁橋結(jié)構(gòu)受力特性，本次試驗(yàn)測(cè)試某木橋上部結(jié)構(gòu)木梁跨中斷面應(yīng)變和撓度，測(cè)試斷面和測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1和圖2。

2.2 加載載位及試驗(yàn)效率

靜載試驗(yàn)主要是檢驗(yàn)該橋在接近設(shè)計(jì)荷載的基本試驗(yàn)荷載作用下，橋梁的變形及主要受力構(gòu)件的應(yīng)力狀態(tài)，也稱(chēng)基本荷載試驗(yàn)，一般要求試驗(yàn)荷載在結(jié)構(gòu)主要控制截面上所產(chǎn)生的效應(yīng)與設(shè)計(jì)荷載所產(chǎn)生的相應(yīng)效應(yīng)接近，其接近的程度是采用試驗(yàn)荷載效率系數(shù)表示，其表達(dá)式為：

圖1 某木橋上部結(jié)構(gòu)木梁測(cè)試斷面示意圖（單位：mm）

圖2 某木橋上部結(jié)構(gòu)木梁測(cè)點(diǎn)布置示意圖（單位：mm）

式中：nq為靜載試驗(yàn)荷載效率系數(shù)；Ss為靜載試驗(yàn)荷載作用下控制截面內(nèi)力計(jì)算值；S為設(shè)計(jì)荷載作用下控制截面最不利內(nèi)力計(jì)算值（不計(jì)沖擊系數(shù)）；μ為按規(guī)范采用的沖擊系數(shù)。

該橋無(wú)設(shè)計(jì)與竣工資料可參考，根據(jù)某木橋人群荷載集度調(diào)查情況，確定該橋目標(biāo)荷載為2.0 kN/m2。本次試驗(yàn)采用人群荷載2.0 kN/m2作為期望荷載，并分級(jí)加載控制，其靜載試驗(yàn)效率見(jiàn)表1。靜載試驗(yàn)采用水箱分級(jí)加載，水箱加載位置見(jiàn)圖3和圖4。

表1 靜載試驗(yàn)效率系數(shù)

圖3 木梁跨中最大正彎矩?cái)嗝婕虞d位置立面示意圖（單位：mm）

圖4 木梁跨中最大正彎矩?cái)嗝婕虞d位置平面示意圖（單位：mm）

由表1可知，本次靜載試驗(yàn)效率滿(mǎn)足《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）規(guī)定的靜載試驗(yàn)效率0.95～1.05的要求。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

橋梁靜載試驗(yàn)中常用結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)、相對(duì)殘余變形（應(yīng)變）等評(píng)判橋梁的承載能力和工作狀態(tài)[1]。

（1）根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）規(guī)定，為了檢驗(yàn)試驗(yàn)荷載作用下跨中測(cè)點(diǎn)的效應(yīng)實(shí)測(cè)值與相應(yīng)的計(jì)算值的差異，一般采用跨中測(cè)點(diǎn)效應(yīng)校驗(yàn)系數(shù)η進(jìn)行檢驗(yàn)：

式中：Se為試驗(yàn)荷載作用下量測(cè)的彈性變位（或應(yīng)力）值；Ss為試驗(yàn)荷載作用下的理論計(jì)算變位（或應(yīng)力）值。

測(cè)點(diǎn)效應(yīng)校驗(yàn)系數(shù)η是評(píng)定結(jié)構(gòu)工作狀況，確定橋梁承載能力的一個(gè)重要指標(biāo)，一般要求效應(yīng)校驗(yàn)系數(shù)η不大于1.0。

試驗(yàn)荷載下主梁跨中梁底應(yīng)力實(shí)測(cè)值、理論值及校驗(yàn)系數(shù)見(jiàn)表2，跨中撓度實(shí)測(cè)值、理論值及校驗(yàn)系數(shù)見(jiàn)表3。

由表2和表3可知：在試驗(yàn)荷載作用下主梁跨中斷面各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)為0.26～0.41，撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.41～0.54，均小于1，說(shuō)明橋梁滿(mǎn)足

表2 主梁跨中截面梁底應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)

表3 主梁跨中截面撓度校驗(yàn)系數(shù)

式中：S'p為試驗(yàn)荷載作用下所產(chǎn)生相對(duì)殘余變位（或應(yīng)變）；St為試驗(yàn)荷載作用下所產(chǎn)生的總變位（或應(yīng)變）；Sp為試驗(yàn)荷載卸載后的殘余變位（或應(yīng)變），Sp=St-Se；Se為試驗(yàn)荷載作用下所產(chǎn)生的彈性變位（或應(yīng)變）。

測(cè)點(diǎn)在控制加載程序時(shí)的相對(duì)殘余變位（或應(yīng)變）S'p越小說(shuō)明結(jié)構(gòu)越接近彈性工作狀態(tài)，一般要求S'p值不大于20%。

表4 和表5列出了各主梁跨中斷面各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力和撓度相對(duì)殘余變形檢測(cè)結(jié)果。強(qiáng)度要求，有一定的安全儲(chǔ)備。

（2）相對(duì)殘余變位（或應(yīng)變）是檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)彈性回復(fù)能力的一個(gè)重要指標(biāo)，其表達(dá)式如下式所示：

表4 試驗(yàn)荷載下各主梁跨中斷面各測(cè)點(diǎn)相對(duì)殘余應(yīng)力

表5 試驗(yàn)荷載下各主梁跨中斷面測(cè)點(diǎn)相對(duì)殘余變形

由表4和表5可知，該橋各主梁跨中斷面應(yīng)力相對(duì)殘余變形在2.7%～10.5%之間，撓度相對(duì)殘余變形在0.5%～2.5%之間，均小于規(guī)范規(guī)定的相對(duì)殘余變形容許值20%，表明橋梁具備良好的彈性恢復(fù)能力。

（3）某木橋上部結(jié)構(gòu)主梁跨中梁底在1.04倍人群荷載2.0 kN/m2作用下實(shí)測(cè)跨中撓度最大值為3.155 mm，推算至人群荷載2.0 kN/m2作用下的撓度值為3.034 mm，為跨度的1/2 472，遠(yuǎn)小于規(guī)范[2]規(guī)定的L/600允許值12.5 mm，表明某木橋上部結(jié)構(gòu)木梁的豎向剛度良好。

3 結(jié)構(gòu)承載能力檢算

本次通過(guò)容許應(yīng)力法分析評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)承載能力，首先根據(jù)試驗(yàn)荷載作用下木梁跨中梁底的實(shí)測(cè)應(yīng)變值推出期望荷載作用下木梁跨中梁底的應(yīng)力值，然后與恒載作用下木梁跨中梁底的應(yīng)力值進(jìn)行最不利組合，將最不利組合下的應(yīng)力值與木梁的容許應(yīng)力值進(jìn)行比較，從而判斷木橋上部結(jié)構(gòu)承載能力是否滿(mǎn)足人群荷載2.0 kN/m2的要求。承載能力檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 木梁跨中最大正彎矩?cái)嗝娉休d能力檢驗(yàn)結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，該橋矩形木梁遭蟲(chóng)蛀，木梁有效面積減小，將導(dǎo)致矩形木梁承載能力大大降低，故恒載作用下木梁跨中梁底應(yīng)力計(jì)算時(shí)考慮矩形木梁截面高度折減3 cm。

由于該橋無(wú)設(shè)計(jì)與竣工資料參考，木材種類(lèi)未知，故偏安全考慮取針葉材容許應(yīng)力最小值，本次木梁的容許應(yīng)力取9.5 MPa。參考《古建筑木結(jié)構(gòu)維護(hù)與加固技術(shù)規(guī)范》（GB 50165-92）第6.4.2條驗(yàn)算古建筑木結(jié)構(gòu)時(shí)，其木材設(shè)計(jì)強(qiáng)度和彈性模量取值應(yīng)符合以下規(guī)定：（1）按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定采用，并乘以結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0.90；（2）對(duì)外觀已顯著變形或木質(zhì)已老化的構(gòu)件，尚應(yīng)乘以表6.4.2考慮荷載長(zhǎng)期作用和木質(zhì)老化影響的調(diào)整系數(shù)，根據(jù)該橋上部結(jié)構(gòu)主梁木材檢查情況，本橋木梁木材設(shè)計(jì)強(qiáng)度調(diào)整系數(shù)取0.90。綜上，該橋上部結(jié)構(gòu)主梁進(jìn)行承載能力件算時(shí)木材應(yīng)力容許值應(yīng)進(jìn)行折減，折減系數(shù)取0.81。

從表6可以看出，該橋木梁在人群荷載2.0kN/m2作用下跨中最大正彎矩?cái)嗝嬗珊爿d和活載共同產(chǎn)生的梁底應(yīng)力值為3.82 MPa，均小于折減后應(yīng)力容許值，表明該橋木梁跨中最大正彎矩?cái)嗝婵箯潖?qiáng)度能夠滿(mǎn)足人群荷載2.0 kN/m2的安全承載要求。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)對(duì)某木橋上部結(jié)構(gòu)木梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，可得出如下結(jié)論：

（1）靜載試驗(yàn)中橋梁結(jié)構(gòu)各應(yīng)力及撓度測(cè)點(diǎn)的校驗(yàn)系數(shù)均小于1.0，說(shuō)明木梁滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，有一定的安全儲(chǔ)備。

（2）靜載試驗(yàn)中橋梁結(jié)構(gòu)各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余變形（應(yīng)力）均小于20%，表明木梁在試驗(yàn)荷載下基本處于彈性工作狀態(tài)。

（3）根據(jù)木橋的靜載試驗(yàn)結(jié)果對(duì)該橋上部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行檢算，表明木橋上部結(jié)構(gòu)木梁能夠滿(mǎn)足人群荷載2.0 kN/m2的安全承載要求。