朱博文 殷立輝* 王陽 張云康 穆雨彤
(1 黑龍江大學建筑工程學院;2 黑龍江大學水利電力學院)
近年來,隨著我國的工程建設(shè)水平高速發(fā)展,各式各樣的橋梁層出不窮。因此對橋梁的檢測和質(zhì)量要求更高。橋梁檢測的方法分為動載試驗、靜載試驗、無損檢測。其中靜載試驗是了解結(jié)構(gòu)特性的重要手段.一般用來直接解決結(jié)構(gòu)的靜力問題,并且在進行結(jié)構(gòu)動力試驗時也要先進行靜載試驗以測定結(jié)構(gòu)有關(guān)的特性參數(shù)。它最大的優(yōu)勢在于加載設(shè)備相對來說比較簡單,荷載可以逐步施加,并且可以隨時停止,以便仔細觀察結(jié)構(gòu)變形的發(fā)展,給人們以最明確和清晰的概念。本文采用Midas Civil 等軟件對一實際工程案例進行建模測算,并且結(jié)合圖表進行了一系列數(shù)據(jù)分析。
龍崗橋位于西二路與濱洲線相交處,位于大慶讓胡路區(qū)后龍崗。主線跨越、康平街、濱洲鐵路、哈齊客運專線、一條鐵路專用線及一條遠期鐵路專用線、中三路。橋梁建設(shè)共分為二期。
橋梁主體建設(shè)一期包括A 線、W 線、E 線,主橋A 線長887.38m,其中主橋長444.24m,橋?qū)挒?7.5~34.5m,雙向四車道,引道長219.52m,引道寬17.5m;W 線全長402.47m,其中匝道橋長116m,橋?qū)?.5m,單向單車道;E線全長402.47m,其中匝道橋長116m,橋?qū)?.5m,單向單車道,A線、W線、E線由大慶市高薪技術(shù)開發(fā)區(qū)設(shè)計院設(shè)計,于2006年正式通車。本文選擇A線分叉橋做橋梁靜載試驗。A 線起點至A3#墩橋跨中心線,橫斷布置為:0.4m(防撞墻)+16.7m(機動車道)+0.4m(防撞墻);A8#墩~A13#墩橋跨中心線,橫斷布置為:0.4m(防撞墻)+16.7m~33.7m(機動車道)+0.4m(防撞墻);A13#墩橋跨中心線至終點,橫斷布置為:0.4m(防撞墻)+16.7m(機動車道)+0.4m(防撞墻)。
進行橋梁靜載試驗的目的是測量在運行狀態(tài)下的各個重要截面在靜載作用下的應(yīng)力變化是否等同于設(shè)計值。靜載試驗是防止橋梁在使用過程中出現(xiàn)問題的重要手段之一。
常規(guī)橋梁驗收性荷載試驗的控制荷載應(yīng)采用現(xiàn)行行業(yè)標準規(guī)定的汽車和人群荷載標準值,當設(shè)計另有規(guī)定時,應(yīng)從其規(guī)定。特大橋或結(jié)構(gòu)體系復雜橋梁的驗收性荷載試驗,其控制荷載宜通過內(nèi)力或變位計算值與設(shè)計值核驗后確定。鑒定性荷載試驗的控制荷載應(yīng)按原設(shè)計荷載或目標荷載選用;對結(jié)構(gòu)檢測和檢算后認定承載能力不足的橋梁,可降低控制荷載等級。
靜力荷載試驗效率ηs,是某一控制截面在試驗荷載作用下的計算效應(yīng)與該截面對應(yīng)設(shè)計控制效應(yīng)的比值。靜力荷載試驗效率ηs,對驗收性荷載試驗,宜介于0.85~1.05 之間;對鑒定性荷載試驗,ηs宜介于0.95~1.05 之間。本次試驗以設(shè)計荷載作為控制荷載,結(jié)合本項目實際情況,ηq宜介于0.95~1.05 之間。ηs應(yīng)按以下公式計算:
式中:
ηs——靜力試驗荷載效率;
Sstat——為某一加載試驗項目對應(yīng)的加載控制段內(nèi)力、應(yīng)力或位移的最大計算影響值;
SK——是由校核荷載產(chǎn)生的同一荷載控制截面的內(nèi)力、應(yīng)力或位移的最不利影響的計算值;
(1+μ)——μ為根據(jù)規(guī)范取的沖擊系數(shù)值。
為了探究實驗荷載效率變化規(guī)律,并且最大程度的保護結(jié)構(gòu),防止其因為荷載過大發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞,所以我們進行分級加載,分級加載致最大荷載后卸載。試驗前在橋面預(yù)先畫出加載位置,加載時試驗荷載應(yīng)按規(guī)定順序準確就位,卸載時試驗荷載退出橋梁結(jié)構(gòu)試驗影響區(qū)。
⑴橋梁靜載試驗應(yīng)當在溫度濕度等指標較為適宜的時間段內(nèi)進行。
⑵靜力試驗荷載持續(xù)時間,原則上取決于結(jié)構(gòu)變位達到相對穩(wěn)定所需要的時間,只有結(jié)構(gòu)變位達到相對穩(wěn)定后,才能進入下一荷載階段。同一級荷載內(nèi),若結(jié)構(gòu)變位最大的測點在最后5 分鐘內(nèi)的變位增量小于第一個5 分鐘變位增量的15%,或小于所用測量儀器的最小分辨值,即認為結(jié)構(gòu)變位達到相對穩(wěn)定[1]。
⑶全部測點在正式加載試驗前均應(yīng)進行零級荷載讀數(shù),以后每次加載或卸載后應(yīng)立即讀數(shù)一次,并在結(jié)構(gòu)變位達到相對穩(wěn)定后,進入下—級荷載之前再讀數(shù)—次[2]。
⑷靜載試驗終止條件
在進行橋梁靜力荷載試驗的過程中如果發(fā)現(xiàn)以下情況應(yīng)當立即停止實驗,弄清楚故障原因,防止造成經(jīng)濟損失或人員傷亡:
①各個主要測點的撓度值及應(yīng)變值有一個或以上達到了理論值;
②梁上裂縫的深度、長度、寬度以及數(shù)量顯著增加或增大,有崩壞趨勢時;
③撓度分布不均;
④橋體出現(xiàn)崩角,異響等其他情況。
本次荷載試驗計算模型見圖1。
圖1 A線17m+17.23m連續(xù)分叉箱梁有限元計算模型
根據(jù)理論計算及現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果,應(yīng)變及撓度測點布置見圖2。
圖2 控制截面B-B應(yīng)變測點布置示意圖(cm)
圖3 控制截面C-C應(yīng)變測點布置示意圖(cm)
A 線17m+17.234m 連續(xù)分叉箱梁(A6~A8 墩間橋跨):在試驗跨外側(cè)半幅的控制截面B-B 梁底及腹板布置應(yīng)變測點,共計11 個測點;控制截面C-C 腹板布置應(yīng)變測點,共計3個測點。測點布置示意圖見圖2~圖4。
圖4 控制截面B-B撓度測點布置示意圖(cm)
本橋設(shè)計荷載采用城-A 級(設(shè)計規(guī)范:城市橋梁設(shè)計荷載標準(CJJ 77-98)),根據(jù)各測試截面的內(nèi)力影響線,按最不利位置加載,在保證各主要測試截面試驗荷載效率系數(shù)η至少達到0.95 以上的條件下,經(jīng)計算確定靜載試驗加載車重量:45.9t,加載車輛數(shù)目取2~4輛。試驗車輛參數(shù)見圖5,試驗加載車實際軸重及軸距見表1。
表1 試驗加載車軸重及軸距 (kN)
圖5 靜載試驗加載車輛
結(jié)合橋梁實際現(xiàn)場情況,確定本次靜載試驗的加載工況及相應(yīng)檢驗項目見表2。
表2 靜載試驗加載工況及測試該作品匯總
試驗車輛分級加載布置見圖6,工況試驗荷載效率見表3。
表3 工況試驗荷載效率
圖6 工況1試驗車輛分級加載布置圖(單位:cm)
由表3 結(jié)果可知,腹板的試驗荷載效率在0.82 至1.03之間,均在正常范圍內(nèi),符合規(guī)范要求。
在進行應(yīng)變數(shù)據(jù)對比分析時,選取了對應(yīng)加載工況的測試值與對應(yīng)位置的計算值對比分析。表中應(yīng)變值均為在試驗荷載作用下結(jié)構(gòu)表面應(yīng)變增量,拉應(yīng)變數(shù)值為正值,壓應(yīng)變數(shù)值為負值(單位:με)。試驗工況下的應(yīng)變測試結(jié)果見表4~表6所示。
表4 工況1(滿載)A線第12跨跨中主梁梁底應(yīng)變測點測試結(jié)果
由表4 可知,主梁梁底9 個測點的應(yīng)變相對殘余在5.71%至16.67%之間,均在20%以內(nèi),滿足規(guī)范要求。
由表5、表6 可知,A 線第12 跨跨中主梁腹板與A 線第12 跨跨中主梁梁底彈性應(yīng)變實測值與計算值相差不大,計算差距在可控范圍之內(nèi)。
表5 工況1(滿載)A線第12跨跨中主梁腹板應(yīng)變測點測試結(jié)果
表6 工況1 A線第12跨跨中主梁梁底應(yīng)變測點分級測試結(jié)果
試驗工況下主梁豎向撓度測試結(jié)果見表7、表8所示。
表7 工況1(滿載)A 線第12 跨主梁B-B截面豎向撓度測試結(jié)果
表8 工況1(滿載)A 線第12 跨主梁B-B截面豎向撓度分級測試結(jié)果
由表7、表8 可知,A 線第12 跨主梁B-B 截面撓度實
⑴截面撓度,應(yīng)變的實測值與計算值基本相似,表明該結(jié)構(gòu)的橫向狀況良好。
⑵理論撓度計算值大于彈性撓度實測值,撓度校驗系數(shù)為0.78~0.95,結(jié)構(gòu)剛度滿足規(guī)范要求[3]。最大相對殘余變形為16.67%,小于規(guī)范容許值20%。表明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。
⑶理論應(yīng)變計算值大于彈性應(yīng)變實測值,應(yīng)變校驗系數(shù)為0.80~0.96,結(jié)構(gòu)強度滿足規(guī)范要求[3]。最大相對殘余應(yīng)變?yōu)?.57%,小于規(guī)范容許值20%。表明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。