溫查爾大橋靜載試驗分析

王益愷，張洪亮，于海波(黑龍江省公路勘察設(shè)計院)

溫查爾大橋靜載試驗分析

王益愷，張洪亮，于海波(黑龍江省公路勘察設(shè)計院)

溫差爾大橋經(jīng)過多年的運營，橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了不同程度的病害，為了解橋梁的實際工作狀態(tài)和承載能力，對該橋進行了靜載試驗。該文闡述了靜載試驗，測定了橋跨結(jié)構(gòu)的強度和剛度。試驗結(jié)果分析表明：橋跨結(jié)構(gòu)基本處于彈性工作狀態(tài)，強度和剛度滿足設(shè)計荷載要求，但抗裂性不足，主梁間無可靠聯(lián)系，呈現(xiàn)單梁受力狀態(tài)，4#墩沉降量較大。針對靜載試驗結(jié)果，對該橋提出了維修與加固建議。

少筋微彎板;靜載試驗;力學(xué)性能;加固改造

0 前言

溫查爾大橋位于黑龍江省北安至黑河段原三級公路，里程樁號K211+477。該橋修建于1981年，至今已運營多年，上部結(jié)構(gòu)各構(gòu)件間連接縫處均存在滲水泛白現(xiàn)象，I形梁梁端范圍內(nèi)存在斜裂縫，跨中存在豎向受拉裂縫，裂縫寬度超限;微彎板出現(xiàn)縱橋向受拉裂縫。4#墩下游側(cè)墩柱存在凍拔狀況，凍拔量為10 cm，在使用荷載作用下，該墩柱隨時可能傾倒，存在較大的安全隱患。

為了解該橋的實際技術(shù)狀況，對該橋進行了靜載試驗。

1 工程概況

該橋橋孔分布為5×16 m，全長84.04 m，橋面凈寬為7 m+2×0.75 m;設(shè)計荷載等級為汽-15，掛-80級。上部結(jié)構(gòu)采用少筋微彎板組合梁，每孔由5片I形梁組成，主梁混凝土標號為250號，橋面鋪裝采用7～12 cm厚300#防水混凝土;采用切線式支座。下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式墩臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，墩臺柱徑均為1.0 m，樁徑均為1.2 m。下部除鉆孔樁采用200#混凝土外，其余均采用250#混凝土。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 試驗孔主梁跨中截面撓度分析

在工況1試驗荷載作用下，主梁跨中斷面撓度實測值如表1所示。

表1 主梁跨中斷面撓度表

表2中數(shù)據(jù)表明，在工況1試驗荷載作用下，試驗孔主梁的撓度校驗系數(shù)介于0.338～0.415之間，最大值為0.415，接近鋼筋混凝土梁橋撓度校驗系數(shù)η的常見值0.5～0.9的下限值。

上述分析說明試驗孔主梁跨中截面豎向剛度能夠滿足汽-15、掛-80荷載的設(shè)計和使用要求。

2.2 相對殘余變形分析

相對殘余變形是評價結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載后彈性工作性能的指標，跨中撓度的相對殘余變形越小，說明結(jié)構(gòu)彈性工作狀況越充分，工況1試驗荷載作用下主梁撓度殘余變形分析結(jié)果如表2所示。

表2 主梁跨中撓度相對殘余變形 %

由表3可見，在工況1試驗荷載作用下，試驗孔主梁跨中撓度的相對殘余變形介于2.38% ～13.73%，小于20%，表明橋跨結(jié)構(gòu)基本處于彈性工作狀態(tài)。但個別主梁殘余變形相對較大，彈性變形安全儲備較低。

2.3 主梁跨中斷面荷載橫向分布系數(shù)

根據(jù)主梁的跨中撓度實測值，計算工況1試驗荷載作用下主梁的實際橫向分布情況，見表3。

表3 主梁跨中截面實測的橫向分布系數(shù)表

表3數(shù)據(jù)和圖6表明，在工況1荷載作用下，各主梁實測橫向分布系數(shù)由3#梁向兩邊主梁呈逐漸減小趨勢，實測3#梁橫向分布系數(shù)最大，數(shù)值為0.427;而橫向分布系數(shù)理論計算值由1#梁向5#梁呈逐漸減小的趨勢，1#梁橫向分布系數(shù)最大，數(shù)值為0.411。

實測值與理論計算值相比存在一定的差異，可能系由I形梁間微彎板及橫系梁存在不同程度的破損所致。

2.4 試驗孔主梁跨中應(yīng)變應(yīng)力分析

在工況1試驗荷載作用下，混凝土應(yīng)變沿梁高分布基本呈線性分布。為減少試驗誤差，應(yīng)用最小二乘法原理對各截面測點數(shù)據(jù)進行回歸分析，確定一條誤差較小的最佳試驗曲線，即沿梁高變化的直線方程。1#梁側(cè)混凝土應(yīng)變測試結(jié)果，根據(jù)最佳試驗曲線，將應(yīng)變乘以混凝土彈性模量，即得到相應(yīng)測點的混凝土應(yīng)力，見表4。

表4 1#梁實測應(yīng)力表

表4應(yīng)力計算值計算時，采用實測的橫向分布系數(shù)。主梁混凝土應(yīng)變分析表明，控制斷面混凝土應(yīng)變沿梁高的變化基本符合受彎構(gòu)件的平面假設(shè);主梁混凝土上下緣應(yīng)力校驗系數(shù)均介于鋼筋混凝土梁橋應(yīng)力校驗系數(shù)常見值0.4～0.8之間;實測開裂截面中心軸高度低于理論計算的開裂截面中心軸高度。上述分析說明：結(jié)構(gòu)強度可以滿足汽-15、掛-80汽車荷載的設(shè)計及使用要求。

2.5 裂縫情況

在工況1試驗荷載加載前后分別對1#主梁梁側(cè)跨中附近裂縫進行了檢測，檢測結(jié)果見表5。在試驗荷載加載前，1#邊梁梁側(cè)跨中附近豎向受力裂縫最大縫寬為0.26 mm;加載穩(wěn)定后，該裂縫最大縫寬發(fā)展至0.29 mm;卸載穩(wěn)定后，該裂縫最大縫寬為0.28 mm，未恢復(fù)至初始縫寬，縫寬大于限值要求;加載前后無新裂縫產(chǎn)生。

表5 工況1試驗荷載加載前后主梁裂縫實測表

裂縫寬度未超限值要求，但卸載后裂縫未恢復(fù)至加載前初始寬度，表明結(jié)構(gòu)抗裂性不能滿足汽-15、掛-80荷載的設(shè)計及使用要求。

2.6 測點主拉應(yīng)力分析

為了確定主梁梁端最大剪力處的平面應(yīng)力狀態(tài)，采用應(yīng)變花測出測點A，45°斜截面的橫向應(yīng)變、縱向應(yīng)變及水平向應(yīng)變，計算出主應(yīng)變，從而計算出測點A處主應(yīng)力實測值。將實測的主應(yīng)力與理論計算的主應(yīng)力進行比較，見表6。

表6 工況2試驗荷載作用下2#梁測點A應(yīng)力表

在工況2試驗荷載作用下，測點A處主拉應(yīng)力校驗系數(shù)介于鋼筋混凝土梁橋應(yīng)力校驗系數(shù)常見值0.4～0.8之間，并且實測的最大主拉應(yīng)力與理論計算的最大主拉應(yīng)力均小于混凝土的抗拉強度，說明在工況2試驗荷載作用下，試驗孔梁端平面應(yīng)力狀態(tài)較好。

2.7 最大豎向反力雙列偏心加載數(shù)據(jù)分析

在工況3試驗荷載作用下，4#墩兩墩柱沉降量實測值見表7。

表7 工況3試驗荷載作用下4#墩沉降實測表

由表7可知，4#橋墩的最大沉降量為5.1 mm，且卸載后變形未完全恢復(fù)。

3 結(jié)論

通過對該橋進行靜動載試驗得出如下結(jié)論。

(1)在試驗荷載作用下，主梁撓度校驗系數(shù)最大值為0.415，接近鋼筋混凝土梁橋撓度校驗系數(shù)η的常見值0.5～0.9的下限值，試驗孔主梁跨中截面豎向剛度能夠滿足汽-15、掛-80荷載的設(shè)計和使用要求。

(2)試驗孔主梁撓度的相對殘余變形均小于20%，表明橋跨結(jié)構(gòu)基本處于彈性工作狀態(tài)，但個別主梁殘余變形相對較大，彈性變形安全儲備較低。

(3)在試驗荷載作用下，橫向分布系數(shù)實測值與理論計算值相比存在一定的差異，可能系由I形梁間微彎板及橫系梁存在不同程度的破損所致。

(4)混凝土應(yīng)變沿主梁梁高的分布規(guī)律基本呈線性分布，基本滿足平面變形假定。

(5)主梁混凝土上下緣應(yīng)力校驗系數(shù)均介于鋼筋混凝土梁橋應(yīng)力校驗系數(shù)常見值0.4～0.8之間，實測開裂截面中心軸高度低于理論計算的開裂截面中心軸高度，結(jié)構(gòu)強度可以滿足汽-15、掛-80荷載的設(shè)計及使用要求。

(6)加載前后，主梁跨中附近豎向受力裂縫最大縫寬由0.26 mm發(fā)展至0.29 mm，卸載后該裂縫縫寬未恢復(fù)至加載前寬度，結(jié)構(gòu)抗裂性不能滿足汽-15、掛-80荷載的設(shè)計及使用要求。

(7)在試驗荷載作用下，實測的測點A處主拉應(yīng)力校驗系數(shù)介于鋼筋混凝土梁橋應(yīng)力校驗系數(shù)常見值0.4～0.8之間，并且實測的最大主拉應(yīng)力與理論計算的最大主拉應(yīng)力均小于混凝土的抗拉強度，試驗孔梁端平面應(yīng)力狀態(tài)較好。

(8)在試驗荷載作用下，4#橋墩的最大沉降量為5.1 mm，且卸載后變形未完全恢復(fù)。

綜上所述，結(jié)構(gòu)跨中截面豎向剛度、結(jié)構(gòu)正截面強度和最大剪力測點強度均能夠滿足汽-15、掛-80原設(shè)計荷載的要求，撓度殘余變形小于限值要求，結(jié)構(gòu)基本滿足平面變形假定。結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系較為薄弱，結(jié)構(gòu)抗裂性不足，4#橋墩的最大沉降量相對較大，達5.1 mm。

［1］宋一凡，賀拴海.公路橋梁荷載試驗與結(jié)構(gòu)評定［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［2］諶潤水，胡釗芳.公路橋梁荷載試驗［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［3］胡大琳.橋涵工程試驗檢測技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2000.

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1008-3383(2012)11-0096-01

2012-04-17