市政地下隧道開挖過程中臨時鋼便橋荷載試驗

李健偉，權冬波

(黃河勘測規劃設計有限公司)

1 引言

隨著國民經濟的不斷發展，城市建設步伐也不斷加快，目前許多城市都在大力發展城市道路，修建地下隧道、地鐵、對舊路進行拓寬改造等等。但是也帶來許多問題，由于是城市道路，車流量一般較大，尤其在一些道路交叉口，在地下快速通道或者地鐵的修建過程中，通常要對原有路面進行開挖，因此在保通過程中必須為市民修建臨時通道，即修建臨時便橋。所以對臨時便橋在使用過程中的靜力性能研究也顯得尤為重要。

鄭州市京廣路拓寬改造及地下隧道工程中中原路鋼便橋為39 m跨徑貝雷梁鋼便橋，橋梁上部采用321式貝雷梁，橋面采用鋼橋面板，根據設計荷載，邊部采用三排單層加強型桁架，中部采用三排雙層加強型桁架。基礎采用混凝土灌注樁，樁長30 m，樁徑1.2 m，樁間距5.2 m，東西兩側各8根，全橋共16根，該橋設計荷載等級為公路-I級。通過該橋的靜力荷載試驗對其靜力性能進行研究。

2 測點布置及加載工況的確定

2.1 試驗斷面及荷載的確定

由于簡支梁橋屬于靜定結構，受力簡單明確，本橋為一跨下承式簡支梁結構，設計共1跨，跨徑39 m，在測試時選跨中截面和四分之一截面作為測試截面，具體位置如圖1所示。

圖1 測試截面示意圖

為保證試驗效果采用等效荷載試驗的方法，在選擇等效試驗荷載時，要使等效荷載試驗作用下的控制截面內力計算與評定荷載作用下同截面的內力比(即荷載試驗效率)在0.95 ～1.05之間。

通過理論計算得到各個控制截面的彎矩影響線和撓度影響線，在影響線上按最不利位置進行自定義荷載的布載，在保證試驗荷載不小于80%的條件下，經計算確定靜載試驗采用1輛400 kN的重車和1輛230 kN的重車作為加載試驗車輛實際試驗荷載見表1所示。

表1 加載車輛情況

2.2 試驗工況的確定

本次荷載試驗共分為2個工況進行測試，具體工況名稱及加載位置見表2。

表2 試驗工況及測點布置

2.3 測點布置

對于321式貝雷梁下緣的槽鋼結構，本次試驗在跨中截面和四分之一截面測試車道對應的每片縱梁底緣各布置1個應變測點，在測試截面對應的橫梁上各布置一個應變測點，全橋應變測點共計10個。應變計方向均是沿橋縱向布置。

在跨中截面、四分之一截面和支點截面的測試車道縱梁兩側所對應的橋面上布置撓度測點布置撓度測點，半幅橋8撓度測點。

3 靜載試驗結果分析

3.1 位移測試結果及分析

工況1、工況2情況橋梁在試驗靜荷載作用下，試驗橋跨的跨中截面撓度的實測值、理論計算值及校驗系數結果見表3。

南測點 10 16.7 17.64 0.598 8 0.946 7 6.5 10.1 12.77 0.643 6 0.790 9北測點 9.3 15.7 17.64 0.592 4 0.890 0 8.7 12.9 12.77 0.674 4 1.010 2

校驗系數為試驗荷載作用下實測值與理論計算值的比值，是結構評定的重要指標。由上面表格可見在工況1和工況2情況下，23 t試驗荷載作用下該橋的撓度的校驗系數在0.59～0.68之間;40 t試驗荷載作用下該橋的撓度的校驗系數大部分在0.79～1.0之間，四分之一工況加載時北測點產生的撓度校驗系數大于1，說明結構剛度不滿足公路-I級荷載使用要求。

相對殘余撓度見表4，在0.2～3.5 mm之間，殘值率在1.9% ～22.3%之間，最大殘值 3.5 mm，殘值率 22.3%，大于20%，說明結構在正常運營荷載下不是彈性工作狀況，不符合公路-I級荷載使用要求。

殘余值0.8 0.4 2.8 3.5 0.2 0.3 0.2 0.7撓度值 10 9.3 16.7 15.7 6.5 8.7 10.1 12.9相對殘余撓度8.0% 4.3% 16.8% 22.3% 3.1% 3.4% 1.9% 5.4%

4.2 應變測試結果及分析

試驗孔各梁在試驗荷載作用下，跨中截面下緣混凝土最大拉應變的實測值、理論計算值及校驗系數見表5。

表5 工況1、2作用下撓應變分析表(με)

由工況1和工況2的試驗結果可見，各片縱梁梁底測點在試驗荷載下最大拉應變(應力)基本等于或略大于理論計算值(表4)。由于23 t試驗車輛加載時中后軸正好作用在試驗斷面，而40 t試驗車輛加載時沒有車軸作用在試驗斷面，所以40 t加載車引起的橫梁應變值小于23 t加載車輛引起的橫梁應變值。其中：跨中截面加載時，23 t車引起的應變校驗系數為0.51～0.79，40 t車引起的應變校驗系數為0.99～1.34;四分之一截面加載時，23噸車引起的應變校驗系數為0.58～0.74，40 t車引起的應變校驗系數為 0.88～1.07，多數測點的校驗系數大于1，表明結構強度不滿足公路-I級荷載使用要求。

實測得到的應變殘余值為0～11.37之間，通過與前面實測應編值可以得到相對殘值率為0% ～9.8%，小于20%，符合規范要求。

4.3 推測適合本橋的車輛荷載

現列出加載車作用下跨中截面撓度和應變的校驗系數及平均值，見表6。由表中校驗系數可得，應變的校驗系數平均值大于撓度的校驗系數平均值，以最不利原則選取應變的校驗系數平均值作為基準值進行換算。

南測點北測點0.598 8 0.592 4 0.946 7 0.890 0 0.595 6≈0.596 0.918 3≈0.918 0.671 6≈0.672 1.164 7≈1.165

以校驗系數為0.9為控制值進行車輛噸位的換算，根據校驗系數平均值(23 t為 0.672，40 t為 1.165)，考慮到該橋是單向3車道，計算時需要考慮到車道折減系數0.78的影響。經計算，23 t車的校驗系數為0.862，40 t車的校驗系數為1.494。對23 t加載車和40 t加載車進行內插計算，得到噸位為24.02 t的車輛所產生的應變校驗系數約為0.9。

由實際加載車輛和公路-I級荷載車道作用對比結果可知：23 t加載車引起的結構效應等于公路-I級車道荷載引起的結構效應的42.8%，40 t加載車引起的結構效應等于公路-I級車道荷載引起的結構效應的70%。根據23 t加載車和40 t加載車引起的結構效應占公路-I級車道荷載引起的結構效應的比重，再次內插，得到24.02 t的加載車引起的結構效應等于公路-I級車道荷載引起的結構效應的44.43%。

通過以上論述得到：保證校驗系數小于等于0.9的前提下，該鋼便橋允許通過的最大車輛噸位為24 t，該噸位引起的橋梁作用相當于公路-I級車道荷載作用的44.43%。綜合靜荷載試驗測試結果，建議該鋼便橋進行通行車輛噸位限制，限載24噸。

5 結論

本次靜載試驗的結果是在各工況荷載試驗效率系數滿足相關規定的前提下測出來的，所配置的各類檢測設備測試的結果準確可靠，測試結果能準確反映結構的受力狀態。

(1)通過撓度和應變測試得到該橋剛度和強度均不滿足設計荷載公路-I級的使用要求;

(2)以校驗系數為0.9為控制值進行車輛噸位的換算，通過結構效應的等價代換，得到該橋允許通過車輛的最大噸位為24 t，并計算出該噸位引起的橋梁作用相當于公路-I級車道荷載作用的44.43%，即該橋承載力下降了65.57%。