淺析鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T 梁橋?qū)崢蚱茐脑囼?yàn)

雷 煒 曾玉林

0 引言

鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T梁橋是當(dāng)前橋梁建設(shè)較為常見(jiàn)的一種橋梁結(jié)構(gòu)形式，隨著橋梁荷載等級(jí)的提高及橋梁服役時(shí)間的增長(zhǎng)，既有鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T梁橋表現(xiàn)出了具有普遍性的病害，如腹板大量豎向裂縫、支點(diǎn)附近腹板斜裂縫和T梁間橫隔板破壞較為嚴(yán)重等病害。實(shí)橋破壞試驗(yàn)可以真實(shí)的判定橋梁的極限承載力及破壞情況，但是由于實(shí)橋破壞試驗(yàn)較為困難且造價(jià)較高，所以國(guó)內(nèi)外只進(jìn)行了數(shù)量有限的一些相關(guān)研究［2-6］，既有的研究成果的應(yīng)用還存在一定的局限性。為了了解此類橋梁的病害對(duì)橋梁使用狀態(tài)及極限狀態(tài)的承載能力的影響，選取了原贛州西河大橋病害較為嚴(yán)重的一跨，進(jìn)行靜載實(shí)驗(yàn)和破壞性荷載試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試該類T梁橋受力橫向分配情況、極限承載力，通過(guò)靜載試驗(yàn)和破壞試驗(yàn)相對(duì)比，為該類橋梁的維護(hù)、加固和拆除提供參考和依據(jù)。

1 工程概況

原贛州西河大橋位于市區(qū)內(nèi)，跨越章江，為贛州市聯(lián)絡(luò)東西城區(qū)及由105國(guó)道進(jìn)入市區(qū)的跨江通道。該橋橋長(zhǎng)256.2 m，為9孔雙懸臂鋼筋混凝土梁橋，橋型為多跨簡(jiǎn)支T梁橋，孔徑為(12.6+7×33+12.6)m。懸臂孔掛梁計(jì)算跨徑為14 m。原設(shè)計(jì)荷載為汽—10、拖—60，橋面寬度為凈—(7+2×1.5)m人行道。

原贛州西河大橋的橋梁現(xiàn)狀為豎向開(kāi)裂嚴(yán)重，裂縫寬度較大，且梁底跨中處開(kāi)裂嚴(yán)重出現(xiàn)了部分貫通裂縫，在支座附近出現(xiàn)了部分斜裂縫。

2 試驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)主要由兩部分組成，即靜載試驗(yàn)和實(shí)橋破壞試驗(yàn)，其主要試驗(yàn)內(nèi)容如下:

1)靜載試驗(yàn):a.檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件在設(shè)計(jì)荷載作用下的工作狀態(tài)及承載能力。b.結(jié)構(gòu)橫向分布系數(shù)的測(cè)定。

2)破壞試驗(yàn):a.梁的撓度及墩臺(tái)沉降測(cè)量。b.關(guān)鍵斷面應(yīng)變測(cè)量:測(cè)試主梁關(guān)鍵截面的位移、應(yīng)變隨荷載增加的變化規(guī)律，觀察既有裂縫和新生裂縫隨荷載增加的發(fā)展規(guī)律。c.裂縫觀察及破壞形態(tài)記錄。

3 試驗(yàn)過(guò)程

3.1 加載方案

荷載試驗(yàn)主要考慮為了獲取結(jié)構(gòu)試驗(yàn)荷載與變位的相關(guān)曲線，防止結(jié)構(gòu)加載意外損傷，其試驗(yàn)荷載一般應(yīng)分級(jí)加載，分級(jí)卸零。荷載試驗(yàn)主要通過(guò)加載車進(jìn)行加載，主要分為兩個(gè)工況進(jìn)行加載:

1)工況一:檢驗(yàn)主梁跨中截面在最不利偏載和正載;2)工況二:檢驗(yàn)主梁L/4截面在最不利偏載和正載。

破壞試驗(yàn)通過(guò)一定規(guī)格的鐵制配重塊進(jìn)行配載。加載裝置采用型鋼拼接成堆載框架，然后將鋼模板拼接于堆載框架，形成加載箱體，加載時(shí)將加載鐵塊通過(guò)分級(jí)加載堆放于加載箱體內(nèi)。

加載模式見(jiàn)圖1。加載前應(yīng)該對(duì)加載重量進(jìn)行估算，根據(jù)理論計(jì)算可知，單片T梁的跨中截面的正截面抗彎承載力計(jì)算值約為5600 kN·m，開(kāi)裂彎矩約為2400 kN·m。按照布載方案，配重塊總重量應(yīng)大于4163 kN，才能達(dá)到單片T梁跨中截面的正截面抗彎承載力，考慮到1.5倍安全系數(shù)后，即單片T梁的跨中截面的正截面抗彎承載力計(jì)算值約為8400 kN·m，則鐵塊估算最大加載量約為6250 kN。

加載終止規(guī)則按照如下規(guī)則執(zhí)行:上限終止條件:受拉區(qū)主筋拉斷或受壓混凝土壓壞。下限終止條件:1)受拉主筋應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度，受拉應(yīng)變達(dá)到0.01;2)最大撓度達(dá)到跨度的1/50;3)受拉區(qū)主筋區(qū)域處最大豎向裂縫寬度達(dá)到1.5mm。

3.2 測(cè)點(diǎn)布置

靜載試驗(yàn)和破壞試驗(yàn)的測(cè)點(diǎn)布置基本一致。撓度測(cè)點(diǎn)的布置見(jiàn)圖2。撓度測(cè)點(diǎn)主要布置在跨中和1/4跨截面處各主梁梁底，同時(shí)選取典型裂縫進(jìn)行跨裂縫布置應(yīng)變傳感器，并在裂縫區(qū)域附近設(shè)置對(duì)比測(cè)點(diǎn)。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 荷載試驗(yàn)

圖3～圖5給出了不同加載工況下第一、三跨主梁撓度理論計(jì)算值和實(shí)測(cè)值之間的對(duì)比曲線，由曲線可以看出，雖然主橋出現(xiàn)了較多的裂縫，但校驗(yàn)系數(shù)在80%～90%之間，結(jié)構(gòu)剛度儲(chǔ)備尚可;同時(shí)由兩跨的撓度分配系數(shù)可以看出，第三跨比第一跨撓度偏大，且根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)外觀檢測(cè)發(fā)現(xiàn)第三跨的橫向聯(lián)系破壞較為嚴(yán)重，所以選擇第三跨作為破壞試驗(yàn)的對(duì)象。

4.2 破壞試驗(yàn)

4.2.1 破壞試驗(yàn)描述

試驗(yàn)過(guò)程中，結(jié)構(gòu)處于彈性階段，結(jié)構(gòu)變形隨荷載線性增大;隨著荷載量的增大，結(jié)構(gòu)裂縫擴(kuò)張并不斷增加，伴隨著受拉區(qū)部分混凝土的退出工作，結(jié)構(gòu)剛度逐漸減小，結(jié)構(gòu)變形非線性增大，結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段，在荷載加載到約440 t時(shí)，梁體跨中位置出現(xiàn)了較多裂縫寬度大于2 mm的豎向U形貫通裂縫，且混凝土破碎，判斷為結(jié)構(gòu)破壞，終止加載。

試驗(yàn)的終止荷載為440 t，試驗(yàn)最終破壞形態(tài)為:

1)跨中斷面T梁出現(xiàn)U形貫通裂縫，且裂縫寬度大于2 mm;

2)結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系破壞。

4.2.2 撓度測(cè)試

圖6給出了各主梁撓度與加載荷載之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，加載初期，各主梁均處于彈性受力階段，隨著荷載的增大，既有裂縫的開(kāi)裂寬度增大，且出現(xiàn)了更多的新生裂縫，受拉區(qū)混凝土逐步退出工作，偏載側(cè)1號(hào)～3號(hào)主梁進(jìn)入彈塑性階段，此時(shí)受拉區(qū)鋼筋開(kāi)始進(jìn)入塑流階段，而遠(yuǎn)離偏載側(cè)的4號(hào)～5號(hào)主梁依然保持彈性狀態(tài)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)典型的鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T梁橋進(jìn)行荷載試驗(yàn)及實(shí)橋破壞試驗(yàn)，其試驗(yàn)技術(shù)和試驗(yàn)過(guò)程均可為以后的實(shí)橋破壞試驗(yàn)提供借鑒，從此次橋梁破壞試驗(yàn)可以得出如下結(jié)論:

1)通過(guò)荷載試驗(yàn)可以得出此橋雖然具有較為嚴(yán)重的腹板開(kāi)裂和橫隔板損傷等T型梁橋的典型病害，但是此橋尚能滿足設(shè)計(jì)荷載下的正常運(yùn)營(yíng)，對(duì)此橋進(jìn)行實(shí)橋破壞試驗(yàn)具有一定的代表性;2)通過(guò)配重鐵塊進(jìn)行堆載分級(jí)加載的方式完成對(duì)原橋的破壞試驗(yàn)，得到了橋梁的承載能力、變形及開(kāi)裂發(fā)展規(guī)律，可以為同類型橋梁的承載力評(píng)定提供一定的參考。

［1］朱紹瑋，張宇峰，張健飛.橋梁極限承載力研究現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.現(xiàn)代交通技術(shù)，2007，4(1):20-23.

［2］Miller R A，Aktan A E，Shahrooz B M.Destructive testing of decommissioned concrete slab bridge［J］.Journal of Structural Engineering，1994，120(7):2176-2198.

［3］Ha-won Song，Dong-woo You Keun-Joo Byun，Koichi Maekawa.Finite element failure analysis of reinforced concrete T-girder bridges［J］.Engineering Structure，2002(24):151-162.

［4］張健飛，張宇峰.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋破壞性試驗(yàn)研究［J］.公路交通科技，2008，25(10):63-68.

［5］徐文平.既有預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋承載能力實(shí)橋試驗(yàn)及分析研究［D］.南京:東南大學(xué)，2006.

［6］夏葉飛.預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁橋的承載能力實(shí)橋試驗(yàn)分析研究［D］.南京:東南大學(xué)，2006.