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        大跨度連續(xù)剛構橋荷載試驗方案分析

        2020-09-05 07:12:16朱清航中鐵城際規(guī)劃建設有限公司遼寧分公司遼寧沈陽110004
        山東交通科技 2020年4期
        關鍵詞:橋梁效率

        朱清航(中鐵城際規(guī)劃建設有限公司 遼寧分公司,遼寧 沈陽 110004)

        引言

        橋梁荷載試驗是必須的安全檢測手段,可以為橋梁的結構性能及承載能力進行科學有效地評估,提供直觀有力的依據(jù),并且為橋梁后期的養(yǎng)護以及健康監(jiān)測等積累技術資料[1],因此橋梁荷載試驗是橋梁在正式投入運營之前必不可少的步驟[3-4]。橋梁荷載試驗檢測的首項任務是科學合理地制定荷載試驗方案,從而全面評價橋梁的安全性能[6]。根據(jù)《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》(JTG/T J21-01-2015)[9]新建橋梁可通過荷載試驗來檢驗橋梁結構的正常使用狀態(tài)和承載能力是否符合設計要求[7]。

        大跨度連續(xù)剛構橋具有T型剛構橋的無支座支撐,同時具有連續(xù)梁橋的無伸縮縫使得行駛平穩(wěn)等優(yōu)點[8]。

        1 工程概況

        跨河橋梁分左右兩幅,主跨橋孔布置為80 m+150 m+80 m大跨度連續(xù)剛構橋,總長310 m,主跨150 m。上部結構采用預應力混凝土連續(xù)剛構,下部結構采用空心薄壁墩、承臺樁基礎,橋面寬度12 m雙向四車道(0.5 m(護欄)+11 m(車行道)+0.5 m(護欄)),最大橋高107 m。橋墩墩身采用C50混凝土,承臺及基礎采用C30混凝土,上部箱采用C50混凝土。支座采用盆式橡膠支座,伸縮縫采用模數(shù)式型鋼伸縮裝置。根據(jù)規(guī)范[9]要求連續(xù)剛構橋靜載測試截面邊跨最大正彎矩截面應力及撓度(1-1)、主跨墩頂截面主梁應力(2-2)、主跨最大正彎矩截面應力及撓度(3-3)。測試截面計橋型布置見圖1。

        技術標準及指標:公路等級:高速公路;設計荷載等級:公路-I級;設計行車速度:80 km/h。

        圖1 橋型布置(cm)

        2 模型計算

        2.1 模型建立

        在CAD中建立截面尺寸后,導入Civil建立變截面組見圖2,箱梁梁高度按1.75次拋物線變化,0#塊、合攏段截面后建立變截面組,完成后將變截面組轉(zhuǎn)化為變截面,以利于提取截面應力。靜力試驗荷載加載方式是采用單輛三軸載重汽車作為等效荷載,在試驗過程中模擬設計活載所產(chǎn)生的內(nèi)力值,見圖3。

        圖2 變截面組設置界面

        圖3 Civil模型

        2.2 橋梁特征值分析

        剛構橋振型測量前三階,剛構橋前三階均為豎向振型。對于豎向振型,剛構橋單幅橋布置20個測點,測點布置在中心線處,其中主跨布置于8分點,邊跨布置于4分點,在Midas Civil 2015中通過對自重、二期換算荷載轉(zhuǎn)化為質(zhì)量,然后對結構特征值分析,計算出橋梁結構的基頻,提取振型圖,根據(jù)基頻按照現(xiàn)行《公路橋涵通用設計規(guī)范》(JTG D60-2004)4.3.2條公式計算沖擊系數(shù),計算結果見表1。三階振型見圖4。

        表1 沖擊系數(shù)計算

        圖4 1~3三階振型

        2.3 各截面控制內(nèi)力

        測試截面靜載作用最大彎矩分別為1-1截面24 622.2 kN/m、2-2截面79 686.9 kN/m、3-3截面21 940.4 kN/m。各截面最不利荷載作用下,1-1截面最大應變?yōu)?0 με,最大撓度7.51 mm;2-2截面最大應變?yōu)?18 με;3-3截面最大應變?yōu)?8 με,最大撓度20.59 mm。

        3 結構分析

        3.1 加載車輛

        采用三軸加載汽車(重350 kN)加載,三軸加載汽車軸重為前軸重70 kN,中后軸重280 kN,軸距為中后軸距1.4 m,中前軸距4.0 m,見圖5。在方案設計中將車輛轉(zhuǎn)化為集中荷載加載與結構上進行確定加載車輛數(shù)量及位置。試驗前對每輛車進行配重,使加載車軸重達到試驗要求,要求加載車軸重誤差處于±5%范圍內(nèi),且保證在試驗過程中不會發(fā)生明顯的變化,對每輛車編號。

        主梁應力控制截面混凝土表面應力(應變),擬采用在混凝土表面粘貼標距為80 mm、阻值為120Ω的應變片,配JM3812數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)進行測量。主梁控制截面橋面撓度的測量擬采用電子水準儀(配銦鋼尺)進行測試。

        圖5 試驗采用加載車輛(cm)

        3.2 加載效率

        根據(jù)規(guī)范[9]規(guī)定靜載試驗荷載效率宜介于0.85~1.05之間,無障礙行車試驗荷載效率不應超過1。采用影響線加載確定加載位置。加載效率見表2。

        表2 各截面靜載控制彎矩及試驗荷載效應

        通過表2可得,靜載加載效率值在0.91~1.01范圍內(nèi),均符合規(guī)范[9]要求,以此為加載方案。截面靜載工況下應變值見表3。

        表3 各截面靜載工況下應變值

        4 方案確定

        4.1 測點布置

        剛構橋箱梁箱內(nèi)布置10個應變測點,頂板3個、底板3個、每側腹板2個。橋面每截面橫向等距離布置3個撓度測點,測點布置見圖6(a)、脈動測點1個布置在橋面見圖6(b)。

        圖6 撓度、應變、脈動測點布置(mm)

        4.2 試驗荷載

        通過Civil模擬計算,得出檢測截面影響線,見圖7。根據(jù)影響線進行加載,使得各截面的加載效率在0.85~1.05之間。

        圖7 1~3三階振型

        圖8 1~3截面加載位置

        根據(jù)影響線試算得到靜載試驗荷載加載車輛:1-1截面達到加載效率需要6輛35 t加載車沿邊跨最大彎矩處以對稱布置,兩排車以4 m間距布置,見圖8(a);2-2截面8輛35加載車,分三排,每排間距為5 m,見圖8(b);3-3截面6輛35 t加載車,分兩排以5 m間距布置,見圖8(c)。

        4.3 試驗結果及分析

        在進行正式加載試驗前,用兩輛載重加載車分別對測試對象各跨跨中進行橫橋向?qū)ΨQ的預加載,預加載試驗每一加載載位的持荷時間為20 min。

        預加載后卸載,并在結構得到充分的零荷載恢復后,才可進入正式加載試驗,進行初始讀數(shù),且應進行分級加載原則。采用三級加載原則,得到試驗過程控制截面應變值結果,見表4。

        表4 各截面靜載控制應變測試結果(με)

        試驗荷載作用下,連續(xù)剛構橋的應變校驗系數(shù)在0.62~0.83之間;卸載后整體應變恢復正常,各荷載工況下主要控制測點相對殘余應變均在20% 范圍內(nèi)。相對殘余變形最大為0.08%,表明橋梁處于彈性工作范圍,且橋梁結構整體工作性能良好。

        5 結語

        (1)進行建模分析,調(diào)整結構自振頻率,根據(jù)最不利原則定出控制截面,以及按規(guī)范[9]定出截面測點。(2)根據(jù)影響線以及加載效率定出加載過程中所需車輛及車輛位置。(3)將車輛荷載轉(zhuǎn)化為集中力作用在結構中,得出控制截面加載效率,從而得出現(xiàn)場荷載試驗時加載車輛位置。

        通過此方法定出橋梁荷載試驗方案后進行現(xiàn)場靜力荷載試驗,得到連續(xù)剛構橋的應變校驗系數(shù)在0.62~0.83之間,規(guī)范[9]規(guī)定預應力混凝土梁橋校驗系數(shù)在0.60~0.90之間,符合要求。主要控制點的相對殘余變形最大為0.08%,結構處于彈性工作狀態(tài),因此方案確定較為合理。

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