某雙線鐵路連續(xù)箱梁橋病害分析及荷載試驗(yàn)研究

李卓

（中鐵二十局集團(tuán)第三工程有限公司　重慶　南岸　400000）

某雙線鐵路連續(xù)箱梁橋病害分析及荷載試驗(yàn)研究

李卓

（中鐵二十局集團(tuán)第三工程有限公司重慶南岸400000）

某雙線鐵路連續(xù)箱梁橋在施工過(guò)程中發(fā)生預(yù)應(yīng)力管道上浮導(dǎo)致的底板崩裂問(wèn)題，采用荷載試驗(yàn)的方式來(lái)考察結(jié)構(gòu)在二期恒載和活載作用下，結(jié)構(gòu)的安全性以及結(jié)構(gòu)開(kāi)裂部位的損傷發(fā)展趨勢(shì)。評(píng)定橋梁結(jié)構(gòu)目前的技術(shù)狀態(tài)能否滿足設(shè)計(jì)要求。

雙線鐵路；連續(xù)箱梁；底板崩裂；荷載試驗(yàn)

1　工程概述

某雙線鐵路特大橋，全長(zhǎng)9773.803m，地處廣西自治區(qū)境內(nèi)，采用40+3×65.3+40m（93#～98#）連續(xù)梁結(jié)構(gòu)形式。梁體截面類型為單箱單室直腹板變截面箱梁，擋碴墻內(nèi)側(cè)凈寬9.0m，橋面板寬12.2m；中跨中部10.4m梁段和邊跨端部13.2m梁段為等高梁段，梁高為3.09m；中支點(diǎn)處梁高為5.69m，除0號(hào)段外其余梁段梁底下緣按二次拋物線變化。箱梁頂板寬12.2m；底板寬6.4m；頂板厚43.0cm，邊跨端塊處頂板厚由43.0cm漸變至59.0cm、底板厚44～60cm、腹板厚45～50cm，中墩0、0a號(hào)塊處頂板厚由43.0cm漸變至69.0cm，中跨底板厚44～80cm，0～2號(hào)塊腹板厚70～90cm。梁體在支座處設(shè)橫隔板，全聯(lián)共設(shè)6道橫隔板，梁體按全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，縱向、橫向、豎向均設(shè)預(yù)應(yīng)力。鐵路等級(jí)為Ⅰ級(jí)，客貨共線；設(shè)計(jì)荷載為中活載及ZK活載，設(shè)計(jì)時(shí)速250km/h。橋型布置圖見(jiàn)圖1所示。

圖1　橋型布置圖

2　病害情況及分析

2012年5月15日當(dāng)架橋機(jī)架設(shè)98#～99#，架橋機(jī)3#立柱支撐于97#～98#跨3#節(jié)段附近（距離98#墩23.5m）。運(yùn)梁車(chē)馱梁進(jìn)入97#～98#跨，準(zhǔn)備向架橋機(jī)轉(zhuǎn)移梁時(shí)，發(fā)現(xiàn)97#～98#跨第6#段底板出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。架橋機(jī)、運(yùn)梁車(chē)及箱梁自重分別為508t、253t及776t。架橋機(jī)架梁示意圖見(jiàn)圖2所示。

圖2　架橋機(jī)架梁示意圖（單位：cm）

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鑿除開(kāi)裂混凝土，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)連續(xù)梁開(kāi)裂區(qū)域波紋管存在不同程度的上浮現(xiàn)象，而崩裂后預(yù)應(yīng)力束均被拉直，并且底板嚴(yán)重缺少聯(lián)系筋（設(shè)計(jì)為φ8的聯(lián)系筋，采用20cm×20cm梅花形布置），導(dǎo)致底板頂層與底層鋼筋分離，形不成整體受力。因此判斷出現(xiàn)該問(wèn)題的主要原因是：混凝土澆筑過(guò)程中，波紋管上浮，導(dǎo)致后期穿束出現(xiàn)部分鋼絞線局部上浮而出現(xiàn)較大的集中荷載，并且底板混凝土因缺少聯(lián)系筋而抗剪能力較低，導(dǎo)致底板崩裂。

3　荷載試驗(yàn)

3.1試驗(yàn)內(nèi)容

根據(jù)連續(xù)梁的力學(xué)特性及本橋?qū)嶋H損傷情況，在滿足鑒定橋梁承載能力和評(píng)定其實(shí)際狀態(tài)的前提下，以各跨跨中最大正彎矩截面作為控制截面，考察控制截面以及損傷截面位置處應(yīng)力分布及撓度情況，具體試驗(yàn)內(nèi)容如下：

（1）測(cè)量各加載工況下主梁各控制截面的最大靜應(yīng)變（連續(xù)梁橋邊跨跨中截面、中跨跨中、次邊跨跨中截面及損傷截面）；

（2）測(cè)量各加載工況下主梁控制截面的最大撓度（各孔跨中截面）；

（3）觀測(cè)荷載作用下主梁開(kāi)裂情況。

3.2荷載試驗(yàn)效率及加載工況

采用結(jié)構(gòu)有限元分析軟件Midas/Civil建立結(jié)構(gòu)模型，通過(guò)計(jì)算確定加載工況，以雙線控制計(jì)算全截面控制內(nèi)力，控制截面選取如圖3，內(nèi)力計(jì)算時(shí)考慮雙線，荷載組合取0.9，考慮了活載沖擊效應(yīng)，本次試驗(yàn)選擇前進(jìn)方向?yàn)镼Z至BH為前進(jìn)方向。橋跨各控制截面在二期恒載+活載組合、試驗(yàn)荷載作用下的內(nèi)力及試驗(yàn)效率見(jiàn)表1。

圖3　控制截面示意圖（單位：cm）

表1　靜載試驗(yàn)荷載效率

3.3測(cè)點(diǎn)布置

本次荷載試驗(yàn)共布置應(yīng)力測(cè)試截面27個(gè)，撓度測(cè)試截面14個(gè)。為了測(cè)試箱梁在試驗(yàn)荷載下的應(yīng)力（應(yīng)變）狀況，分別在93#～ 94#、97#～98#墩5#段6#段7#段中截面、94#～95#、97#～96#墩5#段6#段7#段中截面、第二跨跨中截面、第三跨跨中截面、第四跨跨中截面梁底和腹板側(cè)面布設(shè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，在第一跨6#梁段中截面及6#兩邊截面、第二跨跨中截面及6#梁段中截面、第三跨跨中截面及6#梁段中截面、第四跨跨中截面及6#梁段中截面和第五跨6#梁段中截面及6#兩邊截面布設(shè)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，具體測(cè)點(diǎn)縱向布置見(jiàn)圖4。

圖4　應(yīng)力測(cè)試截面位置及編號(hào)示意圖

4　試驗(yàn)結(jié)果及分析

考慮到該橋在施工過(guò)程中出現(xiàn)崩裂損傷，雖已進(jìn)行過(guò)處理，但為了探索結(jié)構(gòu)真實(shí)損傷狀態(tài)，建立考慮崩裂節(jié)段底板折減15cm的損傷計(jì)算模型，計(jì)算校驗(yàn)系數(shù)。此外，由于該橋93#和98#墩采用與其他橋墩不同的下部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，需在計(jì)算模型中考慮下部結(jié)構(gòu)支承剛度的差異影響。

撓度測(cè)試結(jié)果如表2所示，表中撓度數(shù)據(jù)負(fù)值表示向下，均為滿載數(shù)據(jù)。從表中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，校驗(yàn)系數(shù)在0.66～0.88之間，均小于1。各工況卸載回零情況良好，說(shuō)明在試驗(yàn)荷載作用下結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

表2　撓度測(cè)試結(jié)果

各滿載工況下，主梁跨中控制截面和損傷測(cè)試截面的應(yīng)力實(shí)測(cè)值與計(jì)算值比較、分析見(jiàn)表3。表3中應(yīng)力正值表示受拉，從表中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，應(yīng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與損傷計(jì)算模型結(jié)果基本相符，各截面應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)在0.48～0.89之間，表明各測(cè)試截面具有足夠的強(qiáng)度儲(chǔ)備。各工況卸載回零狀況良好，說(shuō)明結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下處于彈性工作狀態(tài)。

表3　跨中控制截面應(yīng)力實(shí)測(cè)值

在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)梁體試驗(yàn)跨中截面以及崩裂損傷部位進(jìn)行裂縫觀測(cè)，未出現(xiàn)新裂縫，已有裂縫未見(jiàn)發(fā)展，梁體變形性能良好，基本都能彈性恢復(fù)。

5　結(jié)論及建議

（1）本試驗(yàn)靜載荷試驗(yàn)效率為0.9895～0.9916，滿足鐵路橋梁檢定規(guī)范的要求，說(shuō)明試驗(yàn)過(guò)程中測(cè)試的試驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際性能；

（2）試驗(yàn)過(guò)程中無(wú)異常情況出現(xiàn)，損傷和裂縫都未發(fā)展；在試驗(yàn)荷載反復(fù)作用下，結(jié)構(gòu)的幾何變形、應(yīng)力重復(fù)性良好，卸載后殘余值小，表明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)；

（3）各工況滿載作用下，撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.66～0.88之間，都處于正常數(shù)值范圍，各工況的實(shí)測(cè)各跨中控制截面最大豎向撓度值小于規(guī)范允許值和設(shè)計(jì)要求值，實(shí)際結(jié)構(gòu)剛度符合設(shè)計(jì)要求；

（4）各工況結(jié)構(gòu)應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)在0.48～0.89之間，控制截面各點(diǎn)的實(shí)測(cè)應(yīng)變值均小于相應(yīng)的理論計(jì)算值，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求；

（5）綜合對(duì)比實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和計(jì)算模型結(jié)果表明，該橋現(xiàn)狀與計(jì)算損傷模式相符，但為了保證結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)階段安全性和耐久性，建議進(jìn)行維修加固，提高結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備。

[1]《鐵路橋梁檢定規(guī)范》（鐵運(yùn)函[2004]120）[S].

[2]《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》（TB10002.1-2005）[S].

[3]《鐵路橋梁檢定評(píng)估工作規(guī)則》（鐵運(yùn)2004第42號(hào)）[S].

[4]《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》（鐵組YC4-4/1978）[S].

U445.71

A

1673-0038（2015）17-0207-02

2015-3-29

李卓（1986-），男，助理工程師，本科，從事工作方向?yàn)殍F路施工。