朱浩 胡立楷

摘要：文章通過(guò)對(duì)某已加固的連續(xù)箱梁橋進(jìn)行靜載試驗(yàn)，評(píng)估其加固后的承載能力。在試驗(yàn)荷載作用下，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.61～0.88，撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.59～0.84，均＜1，表明加固后的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，最大殘余應(yīng)變和最大殘余撓度的測(cè)定值分別為18.18%和17.65%，滿足≤20%的要求，表明結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)荷載作用下維持彈性工作狀態(tài)，加固措施實(shí)施效果良好。

關(guān)鍵詞：橋梁加固；荷載試驗(yàn)；靜載試驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：U441+.2? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-4874（2024）04-0177-03

0 引言

隨著交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，橋梁作為交通網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵組成部分，其安全性和穩(wěn)定性面臨著新的考驗(yàn)［1］。那些建造年份較長(zhǎng)、經(jīng)歷了長(zhǎng)期環(huán)境侵蝕和重載影響的橋梁，確保其結(jié)構(gòu)的可靠性變得尤為重要［2］。在此背景下，采取有效的橋梁加固措施，以適應(yīng)不斷變化的環(huán)境和荷載需求，成為橋梁工程領(lǐng)域迫切需要解決的問(wèn)題。

在橋梁加固工程中，準(zhǔn)確評(píng)估加固后橋梁的承載能力至關(guān)重要［3］。靜載試驗(yàn)作為一種直觀、可靠的評(píng)估方法，能夠有效模擬橋梁在實(shí)際使用中承受的設(shè)計(jì)荷載情況，直接反映橋梁結(jié)構(gòu)的承載性能和工作狀態(tài)［4-5］。通過(guò)對(duì)加固后的橋梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，不僅可以驗(yàn)證加固效果，保障橋梁安全投入使用，還可以為橋梁設(shè)計(jì)、施工及后續(xù)維護(hù)提供科學(xué)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

本文旨在通過(guò)對(duì)某加固橋梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，深入分析其承載力，探討靜載試驗(yàn)在橋梁加固評(píng)估中的應(yīng)用價(jià)值及其對(duì)保障橋梁結(jié)構(gòu)安全的重要作用。

1 某大橋加固概況

某大橋主橋?yàn)?6 m+4×136 m+86 m=716 m六孔預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁，采用大懸臂直腹式單箱單室，箱寬10 m，橋?qū)?2 m，單側(cè)懸臂寬6 m。公路等級(jí)為一級(jí)公路，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽車(chē)-超20級(jí)，掛車(chē)-120級(jí)，人群荷載為2.5 kN/m，如圖1所示。

橋梁經(jīng)過(guò)十多年運(yùn)營(yíng)，于2012年及2015年橋梁檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)相關(guān)病害：主橋外腹板存在斜向裂縫，箱內(nèi)比箱外嚴(yán)重；箱內(nèi)頂板存在大量裂縫修補(bǔ)痕跡，同時(shí)存在部分未修補(bǔ)裂縫，裂縫縱向發(fā)展，呈斷續(xù)狀況，個(gè)別裂縫伴有微水結(jié)晶現(xiàn)象；箱梁底板縱橫向裂縫顯著，主要位于底板縱向預(yù)應(yīng)力筋附近，少量裂縫長(zhǎng)寬增加；主橋連續(xù)箱梁存在一定的下?lián)?，其中，跨?36 m的兩個(gè)次邊跨下?lián)献顬閲?yán)重；43#、44#橋墩頂存在縱向及橫向裂縫并延伸至墩身側(cè)面。

2016年12月開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行加固施工，在箱室內(nèi)增設(shè)縱向體外預(yù)應(yīng)力束、箱內(nèi)外腹板粘貼鋼板、處理裂縫、箱外邊跨底板粘貼鋼板、中跨粘貼碳纖維布、43#和44#墩頂及側(cè)面粘貼鋼板。2018年3月所有加固內(nèi)容施工完成。

2 靜載試驗(yàn)

為檢驗(yàn)橋梁加固施工質(zhì)量，判斷結(jié)構(gòu)受力性能是否滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)該橋進(jìn)行靜載試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定控制截面的撓度與應(yīng)變，檢驗(yàn)其能否符合設(shè)計(jì)及有關(guān)規(guī)范、規(guī)定的要求，綜合評(píng)價(jià)橋梁結(jié)構(gòu)承載能力狀況。

2.1 荷載試驗(yàn)效率系數(shù)

根據(jù)《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》（JTG T-J21-01-2015）規(guī)定，靜力試驗(yàn)荷載效率ηq可由式（1）計(jì)算得到：

ηq=SSS′·（1+μ）（1）

式中：

SS——靜力試驗(yàn)荷載作用下，某一加載試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的加載控制截面內(nèi)力、應(yīng)力或變位的最大計(jì)算效應(yīng)值；

S′——檢算荷載產(chǎn)生的同一加載控制截面內(nèi)力、應(yīng)力或變位的最不利效應(yīng)計(jì)算值；

μ——按規(guī)范取用的沖擊系數(shù)值；

ηq——靜力試驗(yàn)荷載效率。

荷載試驗(yàn)效率系數(shù)在橋梁檢測(cè)中是一個(gè)評(píng)估靜力荷載加載力度的指標(biāo)，表示為響應(yīng)值與理論響應(yīng)值的比值，其解決了設(shè)計(jì)荷載與實(shí)際荷載不同形式間的加載問(wèn)題，使得結(jié)構(gòu)只需在加載集中力（試驗(yàn)車(chē)輛）的情況下，就能在當(dāng)前截面產(chǎn)生與設(shè)計(jì)荷載（均布力+集中力）幾乎相同的內(nèi)力效應(yīng)［6］。荷載試驗(yàn)效率系數(shù)越接近于1，越能產(chǎn)生等價(jià)效應(yīng)。

規(guī)范規(guī)定的靜力荷載試驗(yàn)效率ηq的取值范圍為［7］：0.85<ηq<1.05。

2.2 有限元計(jì)算

根據(jù)橋梁加固圖紙，利用Midas Civil軟件建立橋梁結(jié)構(gòu)模型（圖2），對(duì)其進(jìn)行靜載試驗(yàn)理論分析，根據(jù)試驗(yàn)橋跨的彎矩包絡(luò)圖、位移包絡(luò)圖確定最不利截面，然后確定相應(yīng)的荷載試驗(yàn)工況。

由于建立的有限元模型為單梁模型，因此結(jié)構(gòu)在偏載、中載作用下受力狀態(tài)相同。經(jīng)計(jì)算，最大正、負(fù)彎矩包絡(luò)圖如圖3所示。

2.3 確定控制截面

該結(jié)構(gòu)以42#墩為軸，順橋向?qū)ΨQ，考慮計(jì)算的對(duì)稱性、試驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)性及規(guī)范要求，依照規(guī)范要求及有限元計(jì)算結(jié)果，總共確定了3個(gè)控制截面、6個(gè)工況。

主橋第40跨控制截面記為C截面，為最大正彎矩控制截面，位于距39#墩46.61 m處。主橋第41跨控制截面記為E截面，為最大負(fù)彎矩控制截面，位于41#墩頂梁根部。主橋第42跨控制截面記為D截面，位于距42#墩反向68 m處?？刂平孛娌贾萌鐖D4所示。

2.4 確定試驗(yàn)工況

根據(jù)選取的控制截面，確定該橋的試驗(yàn)工況如下：

（1）工況1：主橋第40跨C截面偏載最大正彎矩及撓度。

（2）工況2：主橋第40跨C截面中載最大正彎矩及撓度。

（3）工況3：主橋第42跨D截面偏載最大正彎矩及撓度。

（4）工況4：主橋第42跨D截面中載最大正彎矩及撓度。

（5）工況5：主橋第41跨E截面偏載墩頂最大負(fù)彎矩。

（6）工況6：主橋第41跨E截面中載墩頂最大負(fù)彎矩。

依據(jù)各控制截面的彎矩影響線及選用的試驗(yàn)車(chē)輛軸重，在有限元模型中對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)加載，確定各工況下試驗(yàn)車(chē)輛的布設(shè)數(shù)量、位置、荷載試驗(yàn)效率系數(shù)值。

各工況下控制截面的理論值、產(chǎn)生的彎矩值、荷載試驗(yàn)效率系數(shù)如表1所示，試驗(yàn)加載過(guò)程分級(jí)進(jìn)行。

2.5 測(cè)點(diǎn)布置

撓度測(cè)點(diǎn)沿橋面兩側(cè)設(shè)置，在兩個(gè)試驗(yàn)跨兩側(cè)的跨中、兩個(gè)L/4和支點(diǎn)的位置，如圖5、圖6所示。

應(yīng)變測(cè)點(diǎn)沿試驗(yàn)跨的跨中截面設(shè)置，在試驗(yàn)跨的跨中和支座處箱梁的底板及腹板位置布置，如下頁(yè)圖7～9所示。

3 靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

限于篇幅，工況1～6的試驗(yàn)結(jié)果如表2、表3所示。

主橋第40跨在最大正彎矩偏載、中載工況下，第42跨在最大正彎矩偏載、中載工況下，關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)均小于規(guī)范允許值1，梁體殘余撓度比均小于規(guī)范規(guī)定值20%，滿足規(guī)范要求，橋梁剛度滿足加固設(shè)計(jì)要求。

主橋第40跨在最大正彎矩偏載、中載工況下，第42跨在最大正彎矩偏載、中載工況下，及墩頂在負(fù)彎矩工況下，關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)均小于規(guī)范允許值1，梁體殘余應(yīng)變比均小于規(guī)范規(guī)定值20%，滿足規(guī)范要求，橋梁強(qiáng)度滿足加固設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）試驗(yàn)荷載作用下，各工況應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.61～0.88，均<1，表明所測(cè)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到加固設(shè)計(jì)要求；各工況撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.59～0.84，均<1，表明所測(cè)結(jié)構(gòu)剛度達(dá)到加固設(shè)計(jì)要求。

（2）試驗(yàn)荷載作用下，最大殘余應(yīng)變?yōu)?8.18%，最大殘余撓度為17.65%，均滿足規(guī)定≤20%的要求，表明在試驗(yàn)荷載作用下結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

（3）綜上所述，加固后的橋梁在設(shè)計(jì)荷載作用下的表現(xiàn)優(yōu)于預(yù)期，證明了所采用加固技術(shù)和方法的有效性。本次試驗(yàn)不僅驗(yàn)證了橋梁加固后的承載力，也為未來(lái)類(lèi)似橋梁加固的評(píng)估工作提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)支持。

參考文獻(xiàn)

［1］吳 壯，張孝千.碳纖維加固橋梁的施工工藝及荷載試驗(yàn)研究［J］.交通科技，2018（3）： 90-93.

［2］DEBEES M，LULECI F，CATBAS F N. Effect of structural repairs on the load rating and reliability of a prestressed concrete bridge［J］. Advances in bridge engineering，2023，4（1）： 8.

［3］程 彬.基于荷載試驗(yàn)的鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁橋承載能力評(píng)估［J］.能源與環(huán)保，2018，40（2）：162-166，176.

［4］HU C，LUO W，CHEN S.Evaluation of bearing capacity of reinforced stone arch bridge based on static load test［C］.2020 6TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON ADVANCES IN ENERGY，2020.

［5］宋澤岡，鄧旭東，殷繼華.空心板梁橋加固前后受力性能對(duì)比試驗(yàn)研究［J］.公路，2020，65（9）：84-89.

［6］邢 兵，強(qiáng)士中，唐 堂.關(guān)于橋梁承載能力評(píng)定若干問(wèn)題的思考［J］.中外公路，2015，35（6）：152-155.

［7］長(zhǎng)安大學(xué).公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程［M］.北京：人民交通出版社，2016.

作者簡(jiǎn)介：朱 浩（1984—），高級(jí)工程師，主要從事橋梁施工監(jiān)控與檢測(cè)技術(shù)研究工作。