趙柏冬，張 晗，郭東升，褚博琦

(1.沈陽大學(xué)，遼寧 沈陽 110044;2.遼寧交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110005)

0 引 言

T型梁橋截面可以充分發(fā)揮混凝土和鋼筋的性能，較為輕便，提高承載力且T型梁容易實(shí)現(xiàn)預(yù)制拼裝，施工工期短，施工成本低，因此簡支T型梁在廣泛應(yīng)用于我國的公路建設(shè)之中。但隨著T型橋梁使用時(shí)間的不斷增加，這種結(jié)構(gòu)形式發(fā)生各種不同的病害，其自身承載能力也隨之下降。隨著現(xiàn)代的路橋行車荷載不斷提升，服役時(shí)間較長的簡支T梁橋已經(jīng)不足以適應(yīng)現(xiàn)代車輛荷載的要求。對(duì)承載力不達(dá)標(biāo)的T梁采取拆除重建從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)層面都是不可取的。合理的方法是測定橋梁實(shí)際承載能力，根據(jù)橋梁實(shí)際的承載能力，采取維修、加固、拆除重建等一系列措施。荷載試驗(yàn)檢測能夠直接有效的掌握T梁的實(shí)際承載狀態(tài)，分析得出橋梁結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，對(duì)橋梁進(jìn)行針對(duì)性的加固。

1 工程概況

釣魚臺(tái)大橋建成于1996年。跨徑布置為3 m×30.0 m+4 m×30.0 m+3×(5 m×30.0 m)+16 m×30.0 m。橋梁全長為1 162.98 m，交角為90°。橋梁的橋面凈寬度為10.25 m，橋梁內(nèi)外側(cè)均設(shè)防撞墻，寬度為0.45 m。上部結(jié)構(gòu)為簡支預(yù)應(yīng)力混凝土T形組合梁，每孔共6片梁，梁頂現(xiàn)澆12 cm C50混凝土，橋面鋪裝使用5 cm瀝青混凝土。該橋T型組合梁簡支端均裝配四氟滑板支座。

2 建立模型

查詢圖紙采用橋梁通用分析軟件MIDAS/Civil，計(jì)算單元選用空間梁單元，橋梁的上部結(jié)構(gòu)使用C50混凝土。使用MIDAS/Civil導(dǎo)出各控制斷面內(nèi)力影響線，根據(jù)影響線加載原理，使用工況優(yōu)化、合并得到最優(yōu)的加載試驗(yàn)方案。計(jì)算模型見圖1。

圖1 計(jì)算模型圖

3 靜載試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)原理

對(duì)橋跨進(jìn)行承載力檢測最直觀最好用的方法就是橋梁靜載試驗(yàn)研究，通過試驗(yàn)可以核驗(yàn)工程的施工質(zhì)量和設(shè)計(jì)質(zhì)量。在高速公路橋梁橋面上使用車輛荷載或其他外荷載在試驗(yàn)位置上產(chǎn)生等效的力，測得實(shí)驗(yàn)橋在外荷載作用下的應(yīng)力，應(yīng)變，撓度等數(shù)據(jù)，觀察裂縫開展情況，匯總校驗(yàn)系數(shù)與殘余變形等數(shù)值，與有限元軟件計(jì)算出的理論數(shù)據(jù)結(jié)合，判斷橋梁實(shí)際承載力情況。

3.2 測試截面選擇

通過軟件計(jì)算得出橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力包絡(luò)圖結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況等，按照橋梁結(jié)構(gòu)的最不利受力原則確定橋梁的最大彎矩、撓度截面。根據(jù)分析確定B35-B35為控制截面。

圖2 簡支梁試驗(yàn)測試截面示意圖(長度/mm)

3.3 測點(diǎn)布置

為了滿足后期結(jié)構(gòu)計(jì)算需要同時(shí)提高試驗(yàn)效率，參考橋梁結(jié)構(gòu)分析模擬結(jié)果，完成對(duì)試驗(yàn)荷載作用下的撓度、應(yīng)變測點(diǎn)布置。測試截面位置選取見表1，撓度測點(diǎn)分布見圖3，應(yīng)變測點(diǎn)分布見圖4，測試截面測點(diǎn)統(tǒng)計(jì)如下表所示。

表1 測試截面測點(diǎn)數(shù)量

圖3 撓度測點(diǎn)布置圖(長度/mm)

圖4 應(yīng)變測點(diǎn)布置示意圖(長度/mm)

3.4 加載方式

此次試驗(yàn)采用滿足設(shè)計(jì)要求的載重車輛加載，參考相關(guān)規(guī)范計(jì)算得出此次試驗(yàn)的荷載效率η。為了準(zhǔn)確描繪出橋梁結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，不影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)，避免實(shí)驗(yàn)中使橋梁發(fā)生額外損害，采用逐級(jí)加載的方法進(jìn)行加載試驗(yàn)。每一級(jí)加載卸載要在上一級(jí)參數(shù)穩(wěn)定后再繼續(xù)進(jìn)行。試驗(yàn)孔加載效率如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)梁試驗(yàn)荷載值與荷載效率值

3.5 撓度結(jié)果分析

試驗(yàn)得到橋梁測點(diǎn)處實(shí)際撓度值與軟件分析計(jì)算的撓度值見表3。

表3 撓度數(shù)值分析對(duì)比表

簡支梁工況下，試驗(yàn)孔主梁相對(duì)殘余變形均低于10%，表明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

3.6 應(yīng)變結(jié)果分析

試驗(yàn)采用DH3812采集設(shè)備進(jìn)行采集實(shí)驗(yàn)梁B1～B6測點(diǎn)的應(yīng)變，實(shí)驗(yàn)測得的各測點(diǎn)應(yīng)變值與理論模擬計(jì)算得到的應(yīng)變值對(duì)照見表4。

表4 應(yīng)變數(shù)值分析對(duì)比表

4 動(dòng)載試驗(yàn)

4.1 動(dòng)載試驗(yàn)原理

動(dòng)載試驗(yàn)是指橋跨在受到外界的環(huán)境荷載以及動(dòng)力荷載激振的作用下促使橋梁受迫振動(dòng)的現(xiàn)場試驗(yàn)研究。動(dòng)載試驗(yàn)重點(diǎn)測定試驗(yàn)橋跨自身的頻率，振型，加速度，沖擊系數(shù)等。實(shí)測數(shù)據(jù)通過動(dòng)力特性試驗(yàn)和動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)測試得出，在此過程中主要對(duì)橋梁受迫震動(dòng)過程中的結(jié)構(gòu)自振頻率及沖擊系數(shù)進(jìn)行采集，從而得出目標(biāo)橋跨在受到動(dòng)力荷載作用下的性能狀況。

4.2 動(dòng)力特性試驗(yàn)

(1)試驗(yàn)內(nèi)容

此次動(dòng)載試驗(yàn)使用環(huán)境隨機(jī)激振法進(jìn)行測試，測試橋梁上部結(jié)構(gòu)豎向彎曲振動(dòng)特性(頻率)。

(2)測點(diǎn)布置

此次試驗(yàn)在被測梁中間位安裝一個(gè)拾振器進(jìn)行測試。

(3)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

表5 上部結(jié)構(gòu)自振頻率檢測結(jié)果

4.3 動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)

(1)測試截面

選擇目標(biāo)橋跨簡支梁1#、2#梁底最大正彎矩截面為測試斷面。

(2)測試內(nèi)容

在無阻滯橋面上，使一輛試驗(yàn)加載車(總重量為37 t)分別以不同的速率勻速駛過橋面，測得橋梁各應(yīng)變測點(diǎn)的時(shí)程曲線。

表6 動(dòng)載試驗(yàn)測試內(nèi)容

(3)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表7 沖擊系數(shù)結(jié)果表

5 結(jié) 語

通過對(duì)該簡支梁橋進(jìn)行動(dòng)靜載試驗(yàn)，可以得出一些結(jié)論。

(1)本次荷載試驗(yàn)對(duì)目標(biāo)橋梁某一孔采取了靜力荷載試驗(yàn)檢測，簡支梁靜載試驗(yàn)效率為1.04，滿足規(guī)范要求。目標(biāo)孔簡支梁跨中最大正彎矩控制斷面的重要測點(diǎn)的撓度和應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)<1，由此得出橋梁服役狀態(tài)良好。

(2)試驗(yàn)荷載作用下，目標(biāo)孔簡支梁控制截面的實(shí)測撓度和應(yīng)變與其理論值線性相關(guān)，且實(shí)測相對(duì)殘余變形和相對(duì)殘余應(yīng)變<20%，結(jié)構(gòu)處于線彈性工作狀況。本次加載過程中均未產(chǎn)生新裂縫或結(jié)構(gòu)裂縫超限且閉合狀況不良情況。

(3)試驗(yàn)孔第一階自振頻率實(shí)測值大于理論值，實(shí)驗(yàn)表明實(shí)驗(yàn)孔橋梁的剛度良好，橋梁實(shí)際剛度大于理論剛度。試驗(yàn)孔橋梁結(jié)構(gòu)在車速10～60 km/h行車作用下沖擊系數(shù)實(shí)測值小于理論值，反應(yīng)結(jié)構(gòu)在各級(jí)車速行車作用下結(jié)構(gòu)動(dòng)力增大效應(yīng)均小于理論狀況。