繆和品
(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,貴州 貴陽(yáng) 550001)
靜載試驗(yàn)是向橋梁指定位置施加靜荷載的方式,測(cè)試控制截面在靜載作用下的應(yīng)力、應(yīng)變變化情況,揭示橋梁指定位置截面應(yīng)力、撓度等參數(shù),隨施加荷載變化的變化特性,并通過(guò)對(duì)比靜載試驗(yàn)結(jié)果與理論設(shè)計(jì)值偏差,評(píng)價(jià)橋梁承載力性能及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[1-3]。該文分析某預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁橋靜載試驗(yàn)要點(diǎn),具有重要的工程實(shí)踐意義。
某高速公路橋梁上部采用預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁,第一聯(lián)跨徑組合為4×25 m,箱梁高1.65 m,標(biāo)準(zhǔn)寬節(jié)段箱梁為單箱雙室,寬16.38 m,變寬橋段箱梁為單箱雙室至單箱五室,翼緣懸臂長(zhǎng)2.5 m,C50 混凝土澆筑。
運(yùn)用MIDAS/Civil 軟件建立該橋西環(huán)跨線橋第一聯(lián)現(xiàn)澆梁有限元模型,對(duì)橋梁模擬分析,根據(jù)模擬分析結(jié)果,選擇第二跨跨中C 截面為控制截面,該截面位置示意圖見(jiàn)圖1。
圖1 檢測(cè)截面位置示意圖(單位:m)
該橋目前處于建設(shè)階段,不具備組織標(biāo)準(zhǔn)車隊(duì)加載條件,故該次研究采用彎矩等效原則,均按偏載載位加載,加載平面布置見(jiàn)圖2,荷載為6 臺(tái)350 kN 車載。該加載條件下,C 截面彎矩值為4 168.1 kN·m,設(shè)計(jì)值為4 387.4 kN·m,可算得試驗(yàn)荷載效率=試驗(yàn)彎矩/設(shè)計(jì)彎矩=0.946,符合《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》(以下簡(jiǎn)稱《試驗(yàn)方法》)的規(guī)定。
圖2 C 截面彎矩試驗(yàn)加載(偏載)平面布置(單位:m)
根據(jù)《試驗(yàn)方法要求》,按圖3 布設(shè)控制斷面及端點(diǎn)處撓度測(cè)點(diǎn),C 界面處、各支點(diǎn)處各布置1 組;應(yīng)變測(cè)點(diǎn)按圖4 布置,共布設(shè)C1~C12 共計(jì)12 各測(cè)點(diǎn)。
圖3 撓度測(cè)點(diǎn)布置(單位:m)
圖4 C 截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置(偏載,單位:m)
在試驗(yàn)加載條件下,C 截面實(shí)測(cè)撓度與模型輸出理論撓度結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 實(shí)測(cè)撓度與理論計(jì)算撓度
由表1 數(shù)據(jù)可算得,C 截面實(shí)測(cè)撓度均值Se為2.19 mm,模型輸出理論值Sstat為2.33 mm,校驗(yàn)系數(shù)β=0.7 <Se/Sstat=0.909 <a=1.05,符合《試驗(yàn)方法》要求;實(shí)測(cè)C 截面最大撓度出現(xiàn)在靠偏載側(cè)A7 測(cè)點(diǎn)處,撓度最大值Stot為3.09 mm,其殘余撓度Sp為-0.04 mm,可算得Sp/Stot=0.013 <a=0.2,符合《試驗(yàn)方法》要求。
各級(jí)試驗(yàn)加載條件下,A、B 側(cè)撓度實(shí)測(cè)值與理論值曲線見(jiàn)圖5。由圖5 可知:在各級(jí)試驗(yàn)荷載作用下,A、B側(cè)撓度實(shí)測(cè)值均小于理論值,且其變化趨勢(shì)與理論值一致;實(shí)測(cè)撓跨比為0.003 1/25=1.24×10-4<<1/600=1.67×10-3,測(cè)試跨結(jié)構(gòu)剛度滿足規(guī)范要求。
圖5 實(shí)測(cè)撓度與理論計(jì)算撓度比較
C 截面在試驗(yàn)加載條件下,實(shí)測(cè)應(yīng)變與理論應(yīng)變結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 實(shí)測(cè)應(yīng)變與理論計(jì)算應(yīng)變
C 截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)(C4~C9)在試驗(yàn)加載條件下,評(píng)論彈性應(yīng)變實(shí)測(cè)值Se為29.1 με,理論值Sstat為30.6 με,校驗(yàn)系數(shù)β=0.7<Se/Sstat=0.953<a=1.05,滿足《試驗(yàn)方法》要求;C 截面實(shí)測(cè)最大應(yīng)變出現(xiàn)在C4 測(cè)點(diǎn)處,應(yīng)變最大值Stot為39.8 με,其殘余應(yīng)變Sp為0.2 με,可算得Sp/Stot=0.005<a=0.2,符合《試驗(yàn)方法》要求[4-6]。
C 截面實(shí)測(cè)彈性應(yīng)變最大值與理論值比較見(jiàn)圖6。由圖6 可知,C 截面箱梁底板應(yīng)變測(cè)點(diǎn)(C4~C9 測(cè)點(diǎn))彈性應(yīng)變實(shí)測(cè)值與理論值變化趨勢(shì)基本一致,且實(shí)測(cè)值整體小于理論值。
圖6 實(shí)測(cè)最大彈性應(yīng)變與理論計(jì)算應(yīng)變比較
選取C 截面兩側(cè)腹板沿高度布置一組應(yīng)變測(cè)點(diǎn),測(cè)試該組測(cè)點(diǎn)在最大試驗(yàn)加載條件下的彈性應(yīng)變,并對(duì)其應(yīng)變值沿截面高度進(jìn)行線性回歸分析,結(jié)果見(jiàn)圖7。由圖7 可知:最大試驗(yàn)加載條件下,各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變沿截面高度呈線性變化,線性關(guān)系系數(shù)R為0.969 4,梁體可認(rèn)定為歐拉—伯努利梁。擬合中性軸高為111.06 cm,中性軸理論計(jì)算值為96.726 cm,表明橋面系結(jié)構(gòu)可能承受橋體應(yīng)力[7-8]。
圖7 最大試驗(yàn)荷載作用下應(yīng)變沿截面高度分布
綜上所述,以某高速公路互通立交跨線橋?yàn)橐劳校⒘嗽摌虻谝豢缬邢拊P?,采用彎矩等效原則開(kāi)展了橋梁靜載試驗(yàn),對(duì)比分析了控制截面撓度、應(yīng)變理論值、實(shí)測(cè)值情況,得出如下結(jié)論:
(1)校驗(yàn)系數(shù)評(píng)定:校驗(yàn)系數(shù)評(píng)定結(jié)果見(jiàn)表3,實(shí)測(cè)變形量取值為2.180 mm,理論值為2.320 mm,校驗(yàn)系數(shù)為0.910;實(shí)測(cè)彈性應(yīng)變?yōu)?9.20 με,理論值為30.50 με,校驗(yàn)系數(shù)為0.940,均符合《試驗(yàn)方法》要求[9]。
表3 撓度與應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)
(2)殘余變形評(píng)定:評(píng)定結(jié)果見(jiàn)表4,控制截面彈性變形(撓度)實(shí)測(cè)值為-0.030 mm,理論值為3.080,校驗(yàn)系數(shù)為-0.010;彈性應(yīng)變實(shí)測(cè)值為0.210 με,理論值為39.810 με,校驗(yàn)系數(shù)為0.010,均符合《試驗(yàn)方法》要求[10]。
表4 殘余變形評(píng)定結(jié)果
(3)評(píng)定結(jié)論:試驗(yàn)加載條件下,控制截面各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)撓度、應(yīng)變曲線均與理論值變化曲線一致,同時(shí)實(shí)測(cè)最大值均小于理論值,且殘余變形較小,表明橋梁在各級(jí)加載作用下,始終與初彈性工作狀態(tài),承載力性能良好。