某連續(xù)梁橋靜載試驗研究

李忠周 謝文昌

(1.中交路橋華東工程有限公司，上海 201203； 2.長沙理工大學(xué)，湖南 長沙 410114)

某連續(xù)梁橋靜載試驗研究

李忠周1謝文昌2

(1.中交路橋華東工程有限公司，上海 201203； 2.長沙理工大學(xué)，湖南 長沙 410114)

介紹了某等截面連續(xù)梁橋靜載試驗的目的和原則，并對加載方案設(shè)計、測點布置等進行了分析說明，通過對試驗結(jié)果的分析研究得出該橋跨結(jié)構(gòu)的實際承載能力、結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計要求等結(jié)論，為大橋的運營和養(yǎng)護提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

連續(xù)梁橋，靜載試驗，撓度，應(yīng)變，承載能力

橋梁結(jié)構(gòu)荷載試驗是在橋梁結(jié)構(gòu)投入使用之前對其工作狀態(tài)進行直接測試的一種鑒定手段。而荷載試驗中的靜載試驗，是通過實測的方式獲取橋梁結(jié)構(gòu)控制斷面在試驗荷載作用下的撓度和應(yīng)變等參數(shù)的變化值，將該實測值與理論計算值進行比較，從而對實際結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)和使用性能做出評價。通過對實驗荷載下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)進行綜合分析，對目標(biāo)結(jié)構(gòu)做出總體評價，為橋梁結(jié)構(gòu)交竣工驗收提供受力性能方面的檢驗依據(jù)，并為同類橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工提供參考。本文以某座等截面連續(xù)梁橋靜載試驗為工程背景，介紹連續(xù)梁橋靜載試驗的內(nèi)容和方法及評價。

1 工程概況

某連續(xù)梁橋總體布置為3聯(lián)6×30 m的預(yù)應(yīng)力混凝土等截面連續(xù)箱梁。設(shè)計為雙向十車道，設(shè)計時速為100 km/h。橋?qū)?×20.5 m，為東西兩幅橋。中央分隔帶寬8 m，設(shè)計車輛荷載為汽車—超20級，掛車—120，按城市A級驗算。

上部構(gòu)造采用單箱三室斜腹式箱梁，平均梁高200 cm，單幅橋箱梁頂寬2 050 cm，箱梁底寬1 250 cm，懸臂長300 cm。頂板厚24 cm，底板厚26 cm，中腹板厚40 cm，斜腹板厚45 cm。箱梁采用逐孔現(xiàn)澆方法施工。箱梁為單向預(yù)應(yīng)力體系。下部結(jié)構(gòu)中S0號橋臺為墻式橋臺，S1號～S17號橋墩單幅橋采用單柱式花瓶狀墩，全橋設(shè)計采用GPZ(抗震)系列盆式橡膠支座。橋面鋪裝為10 cm厚瀝青混凝土。上部結(jié)構(gòu)箱梁采用50號混凝土，下部結(jié)構(gòu)蓋梁、墩柱系梁均采用30號混凝土。該橋第三聯(lián)立面布置及加載測試斷面示意圖見圖1。

2 靜載試驗?zāi)康暮驮瓌t

橋梁結(jié)構(gòu)荷載試驗是在橋梁結(jié)構(gòu)投入使用之前對其工作狀態(tài)進行直接測試的一種鑒定手段，它是檢驗橋梁結(jié)構(gòu)的剛度、強度以及其他性能最有效、最直接的辦法。通過實測的方式獲取橋梁結(jié)構(gòu)控制斷面在試驗荷載作用下的撓度和應(yīng)變等參數(shù)的變化值，將該實測值與理論計算值進行比較，從而對實際結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)和使用性能做出評價。通過對實驗荷載下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)進行綜合分析，對目標(biāo)結(jié)構(gòu)做出總體評價，為橋梁結(jié)構(gòu)交竣工驗收提供受力性能方面的檢驗依據(jù)，并為同類橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工提供參考[1,2]。橋梁靜載試驗主要按試驗前制定的試驗方案，依據(jù)現(xiàn)行國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)技術(shù)規(guī)范、規(guī)程進行，目前的主要依據(jù)是《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》和《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》(征求意見稿)。

為了保證靜載試驗在實際可行的條件下達到預(yù)期目標(biāo)，橋梁靜載試驗遵循如下基本原則：

1)采用各控斷面應(yīng)力、各控制點位移等效的原則，計算確定各靜載試驗工況下的布載位置和相應(yīng)的加載車輛數(shù)量。

2)荷載效率系數(shù)η應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)，過小則無法反映橋梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計荷載下的工作性能，過大則可能對結(jié)構(gòu)造成局部損壞。進行橋梁荷載試驗時，試驗效率系數(shù)應(yīng)控制在0.70～1.05的范圍內(nèi)。同時還應(yīng)注意其他響應(yīng)值不能超過相應(yīng)限值。

3 試驗設(shè)計與實施方案

3.1 靜載試驗檢測內(nèi)容及測點布置原則

橋梁靜力荷載試驗應(yīng)至少包括以下內(nèi)容[1,3]：1)橋梁結(jié)構(gòu)相應(yīng)位置的最大撓度；2)橋梁結(jié)構(gòu)控制斷面的最大應(yīng)力(或應(yīng)變)；3)試驗荷載作用下的支點豎向位移；4)觀測裂縫的出現(xiàn)和擴展情況。

如果靜載試驗?zāi)康闹邪瑢Y(jié)構(gòu)真實工作狀況的檢驗，可在實際檢測中增補以下內(nèi)容：1)橋梁縱向撓度分布曲線，要求在各個橋跨內(nèi)橋梁軸線上布置不少于3個撓度觀測點，同時設(shè)置支點豎向位移的觀測點；2)觀測斷面的實測應(yīng)變分布圖，要求沿截面高度方向至少5個應(yīng)變測點(包括最邊緣測點和截面形狀突變處的測點)。

對于連續(xù)梁橋的觀測部位應(yīng)包括：重點：跨中位置撓度，跨中和支點截面應(yīng)力(或應(yīng)變)，支點位置豎向位移。附加：跨徑1/4處的撓度和截面應(yīng)力(或應(yīng)變)，支點斜截面應(yīng)力。

測點的布設(shè)不宜過多，但要保證觀測質(zhì)量。有條件時可用不同的測試方法進行相互校對，確保實測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。一般情況下，要求布設(shè)的主要測點能包括對結(jié)構(gòu)的最大撓度(或位移)和最大應(yīng)力(應(yīng)變)的測試。對于連續(xù)梁橋其主要測點一般至少應(yīng)包括跨中撓度、支點沉降、跨中和支點截面應(yīng)變。根據(jù)橋梁檢測工作的深度要求，結(jié)合試驗橋梁的構(gòu)造特點及實際狀況，可適當(dāng)加設(shè)沿橋縱向或沿控制斷面橋橫向的撓度測點、沿截面高分布或沿控制截面橋?qū)挿较驊?yīng)變測點、裂縫的監(jiān)測測點等[3,4]。

3.2 靜載試驗加載方案設(shè)計

該橋靜載試驗工況有：1)第3跨跨中最大正彎矩加載工況；2)第3跨支點最大負(fù)彎矩加載工況；3)第1跨跨中最大正彎矩加載工況。

由于篇幅所限本文僅列出工況1的車輛布置及加載工序圖，如圖2所示。

3.3 測點布置

撓度測點布置在加載跨支點、四分點、中點等截面位置。撓度測量主要測點布置圖見圖3。應(yīng)變觀測主要采用電阻應(yīng)變儀進行，具體的測點布置見圖4。

加載前，對每條裂縫的走向、寬度進行了描述，并做好了記錄；加載過程中，派專人對每條裂縫的開展情況進行了詳細(xì)測試和記錄，同時測試了新裂縫的生成和開展情況。并根據(jù)外觀檢查結(jié)果選擇有代表性的裂縫斷面進行了跨縫的應(yīng)變觀測。

4 試驗成果與分析

在對工程背景橋梁的靜載試驗過程中，記錄了各試驗工況下的結(jié)構(gòu)實測應(yīng)變值及其殘余值，結(jié)合建模求得的理論計算值，給出了這些測試項目增量的校驗系數(shù)。通過對各荷載工況下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的實測值和理論值進行比較，并分析校驗系數(shù)、殘余值與最大效應(yīng)測試值的比值等參數(shù)判定結(jié)構(gòu)在試驗荷載作用下的實際工作狀況，從而對實際結(jié)構(gòu)的使用性能做出評價。由于篇幅所限，本文只將各個工況的重點考察項目的實驗成果進行了分析。

4.1 應(yīng)變數(shù)據(jù)結(jié)果及分析

通過對本橋靜載試驗中測得的應(yīng)變實測值與理論值的對比分析，發(fā)現(xiàn)應(yīng)變實測值和理論值吻合較好，誤差較小。實測應(yīng)變最大值為28 με，對應(yīng)的理論計算值為31 με，計算可得相應(yīng)的校驗系數(shù)為0.90；同時，應(yīng)變觀測結(jié)果表明殘余應(yīng)變與最大應(yīng)變之比一般均小于0.2(其中最大殘余應(yīng)變值為9 με，最大應(yīng)變值為163 με，二者的比值為0.06)。圖5，圖6給出了工況1，3的部分重點觀察斷面主梁應(yīng)變實測值(個別測點損壞無讀數(shù))與理論值的對比曲線，對應(yīng)的測點位置及其編號見圖4。應(yīng)變測試結(jié)果表明該橋的主梁力學(xué)性能良好，處于彈性工作狀態(tài)。

工況1沿截面東、西兩側(cè)高度變化的實測應(yīng)變曲線如圖7所示，圖中各級荷載作用下，實測應(yīng)變沿截面高度的變化基本呈直線。由此得知，該檢測截面在各級荷載作用下，截面應(yīng)變符合彈性理論平截面假定，截面處于彈性工作狀態(tài)。

4.2 撓度結(jié)果及分析

實驗結(jié)果數(shù)據(jù)表明，撓度實測值與理論值比較接近，校驗系數(shù)在0.7～1.05之間，最大試驗荷載作用下實測最大撓度為2.02 mm，殘余撓度為0.19 mm，扣除支點沉降影響量0.29 mm，實際跨中真實撓度為1.73 mm，對應(yīng)理論值為2.12 mm，校驗系數(shù)為0.816，量測最大撓度與其殘余撓度比值為0.094。測點的實測撓度值與荷載彎矩值的大小關(guān)系結(jié)果見圖8。撓度測試結(jié)果表明主梁基本達到設(shè)計剛度，在試驗荷載作用下結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

實測撓度與理論計算值的比較曲線如圖9所示。從圖中可見，實測撓度曲線與理論計算曲線基本一致，實測最大撓度均小于理論計算撓度。

5 靜載試驗結(jié)論

1)與各控制截面內(nèi)力(應(yīng)力)、變形對應(yīng)施加的荷載的效率系數(shù)介于0.7～1.05之間，殘余變形值與總變形值的比值均在0.2左右。說明試驗荷載能夠反映出設(shè)計活載對結(jié)構(gòu)的作用，試驗結(jié)

果有效。2)通過第1跨跨中最大正彎矩加載工況撓度測量結(jié)果的分析整理，可以看出各測點撓度變化隨彎矩的增大基本呈線性變化規(guī)律；實測撓度曲線與理論計算曲線基本一致，實測最大撓度小于理論計算撓度值。撓度測量結(jié)果表明在荷載作用下，該試驗跨結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。3)裂縫在試驗荷載作用下有一定的開展，但由于其卸載后基本恢復(fù)又表明該試驗跨結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

同時，通過對該橋?qū)嵤╈o載試驗，基于試驗結(jié)果的分析整理建立了大橋較詳細(xì)的靜力性能檔案資料，并可作為該橋在今后運營期的檢測和評定的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。而且，該橋的設(shè)計和施工可供同類型部分斜拉橋的設(shè)計與施工參考。

[1] YC4-4-1978，大跨徑混凝土橋梁的試驗方法[S].

[2] 張俊平，姚玲森.橋梁檢測[M].北京：人民交通出版社，2002.

[3] 施 洲，曹發(fā)輝，蒲黔輝.大跨度獨塔斜拉橋靜動載試驗研究[J].鐵道建筑技術(shù)，2005(1)：31-33.

[4] 任 華，李新平.廣州大橋主橋靜載試驗與分析 [J].廣州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2004(4)：69-70.

Research on static load test of a continuous beam bridge

LI Zhong-zhou1XIE Wen-chang2

(1.CCCCRoad&BridgeEastChinaEngineeringLimitedCompany,Shanghai201203,China;2.ChangshaScienceandTechnologyUniversity,Changsha410114,China)

This paper introduced the purpose and principle of static load test of a continuous beam bridge, and analyzed and explained the loading scheme design, measuring points arrangement etc., through the analysis and research on test results gained the actual bearing capacity of bridge span structure, the structure stiffness meet the design requirements and other conclusions, provided basic data for the bridge operation and maintenance.

continuous beam bridge, static load test, deflection, strain, load capacity

2014-07-19

李忠周(1983- )，男，助理工程師； 謝文昌(1989- )，男，在讀碩士

1009-6825(2014)27-0183-03

U448.215

A