某大橋靜載試驗檢測與安全性評定

樂利清 鄭七振

(上海理工大學(xué)，上海 200093)

某大橋靜載試驗檢測與安全性評定

樂利清 鄭七振

(上海理工大學(xué)，上海 200093)

通過對某大橋進行不同工況下的靜載試驗，測定了橋梁在不同工況下結(jié)構(gòu)的應(yīng)變、撓度等特性，檢測了橋梁整體的安全性能。結(jié)果表明，橋梁整體受力性能良好，橋跨結(jié)構(gòu)基本處于彈性變形階段，主橋連續(xù)箱梁的撓度曲線分布規(guī)律和理論基本一致。

橋梁檢測，安全評定，靜載試驗

1 橋梁概況

主橋為35 m+55 m+35 m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，采用懸臂澆筑。箱梁縱向按預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件設(shè)計，采用單箱單室直腹板截面，箱梁頂板寬8 m，底板寬4.5 m，翼緣板懸臂長1.75 m。橋墩支點處梁高3.2 m，跨中、橋臺支點處梁高1.8 m，中跨梁底下緣線采用拋物線變化。箱梁頂板厚度28 cm；底板厚度由梁端和跨中的28 cm漸變至橋墩橫隔梁處的55 cm；腹板厚度跨中為45 cm，漸變至橋墩處為65 cm，在端支點、中支點共設(shè)4道橫隔梁，在中跨跨中設(shè)40 cm橫隔板。橫橋向箱梁頂、底板均保持平行，橋面橫坡由頂、底板斜置形成。主梁懸臂施工，懸臂澆筑單個梁段長3.0 m～3.5 m，邊跨支架現(xiàn)澆段長6.5 m，中、邊跨合龍段長2 m。主橋設(shè)有縱向預(yù)應(yīng)力，鋼絞線采用15φs15.20,12φs15.20,9φs15.20,7φs15.20，分別采用OVM15-15,OVM15-12,OVM15-9,OVM15-7型錨具，兩端對稱張拉，采用應(yīng)力、應(yīng)變雙控原則。預(yù)應(yīng)力管道均采用鍍鋅金屬波紋圓管。引橋采用20 m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，梁高95 cm，中板寬1 m，邊板全寬1.5 m，懸臂50 cm。

主橋主墩采用樁接承臺接板式墩形式，立柱平面尺寸為2.2 m(順橋向)×4.5 m(橫橋向)，角點設(shè)0.5 m×0.5 m倒角，承臺厚2.2 m，平面尺寸為6.5 m(順橋向)×6.5 m(橫橋向)，承臺下設(shè)置4根直徑120 cm鉆孔灌注樁；邊墩采用樁接承臺接柱接蓋梁形式，立柱平面尺寸為1.6 m(順橋向)×4.5 m(橫橋向)，角點設(shè)0.5 m×0.5 m倒角，蓋梁全長7.5 m，截面尺寸1.9 m(寬)×1.3 m(高)，承臺厚1.8 m，平面尺寸為2.2 m(順橋向)×6.4 m(橫橋向)，承臺下設(shè)2根直徑120 cm鉆孔灌注樁。引橋橋墩采用樁柱式，立柱直徑100 cm，基礎(chǔ)采用直徑120 cm鉆孔灌注樁，樁間距為4.4 m。

橋臺采用樁柱式橋臺，設(shè)2根直徑120 cm鉆孔灌注樁，樁間距為5 m。0號臺左側(cè)設(shè)置耳墻，臺帽加高入地，為保護現(xiàn)狀灌溉渠，在橋梁南側(cè)設(shè)置路肩擋墻；7號臺不設(shè)耳墻，臺帽加高入地，為保護房屋、減少拆遷及保證橋梁兩側(cè)居民出入，在橋梁兩側(cè)設(shè)置路肩擋墻。擋墻采用鋼筋混凝土懸臂式擋墻。為有效避免跳車，臺后設(shè)置8 m搭板。

2 靜力荷載試驗

橋梁靜力荷載試驗，主要是通過測量橋梁結(jié)構(gòu)在靜力試驗荷載作用下的變形和內(nèi)力，用以確定橋梁結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)與設(shè)計期望值是否相符[4]。它是檢驗橋梁結(jié)構(gòu)實際工作性能，如結(jié)構(gòu)的強度、剛度等的最直接和最有效的手段和方法。

2.1測試項目

根據(jù)夏堡北大橋結(jié)構(gòu)形式和竣工資料，結(jié)合夏堡北大橋的結(jié)構(gòu)形式、受力特點和結(jié)構(gòu)的實際情況確定本次加載的控制斷面，試驗的測試斷面見圖1，靜載試驗主要包括:1)邊跨跨中附近箱梁控制截面A—A(距邊墩支點15.5 m處)在可變荷載作用下最不利正彎矩效應(yīng)和最大豎向撓度；2)中跨支點處箱梁控制截面B—B(距邊跨中墩支點2.25 m處)在可變荷載作用下最不利負(fù)彎矩效應(yīng)；3)中跨箱梁跨中控制截面C—C在可變荷載作用下最不利正彎矩效應(yīng)和最大豎向撓度。

由于本橋橋面寬度僅為7 m，對上述各控制截面加載項目僅進行橫橋向?qū)ΨQ(中載)加載試驗。

2.2測點布置

1)撓度測點：三跨連續(xù)梁每1跨的跨中、1/4點和支點截面設(shè)置安裝棱鏡，設(shè)置撓度測點，由于對稱加載，每個斷面橫橋向設(shè)置1個測點。在中墩上各設(shè)置1個位移測點，測量橋墩縱橋向和豎向的變位。

2)應(yīng)變測點：在邊墩支點截面、中跨跨中截面、邊跨跨中截面布設(shè)應(yīng)變測點，根據(jù)不同截面控制內(nèi)力的情況，在頂板、底板各粘貼2個縱橋向弦式應(yīng)變計。

2.3試驗荷載加載方式與工況

2.3.1加載方式

本次靜力試驗荷載[5]擬采用6輛，單輛重約300 kN的三軸載重汽車充當(dāng)，軸載分布如下：前軸重60 kN，中、后軸均為120 kN。就某一加載試驗項目而言，其所需加載車輛的數(shù)量，將根據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)活荷載產(chǎn)生的該加載試驗項目對應(yīng)的控制截面內(nèi)力或變位的最不利效應(yīng)值，并參照《公路橋梁承載能力檢算評定規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，按下式所確定的原則等效換算而得：

他不在看她，臉上的微笑有點悲哀。本來以為想不到中年以后還有這樣的奇遇。當(dāng)然也是權(quán)勢的魔力。那倒還猶可，他的權(quán)力與他本人多少是分不開的。對女人，禮也是非送不可的，不過送早了就像是看不起她。明知是這么回事，不讓他自我陶醉一下，不免憮然。

其中，η為靜力試驗荷載效率;Sstate為試驗荷載作用下，某一加載試驗項目對應(yīng)的控制截面內(nèi)力或變位等的最大計算效應(yīng)值；S為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)活載不計沖擊荷載作用時產(chǎn)生的該加載試驗項目對應(yīng)的控制截面內(nèi)力或變位等的最不利計算效應(yīng)值；1+μ為設(shè)計計算取用的沖擊系數(shù)。

本次靜力荷載試驗最大試驗效率(按內(nèi)力控制)將控制在0.95～1.05之間。

2.3.2施工工況

工況Ⅰ：邊跨跨中附近加載控制截面A—A的最不利正彎矩和最大豎向撓度效應(yīng)對稱加載；

工況Ⅱ：中跨箱梁支點附近加載控制截面B—B的最不利負(fù)彎矩效應(yīng)對稱加載；

工況Ⅲ：中跨箱梁跨中附近加載控制截面C—C的最不利正彎矩和最大豎向撓度效應(yīng)對稱加載。

2.4靜力荷載試驗結(jié)果

2.4.1箱梁撓度結(jié)果

工況Ⅰ邊跨跨中最大撓度和工況Ⅲ中跨跨中最大撓度2個工況作用下主梁控制截面撓度詳見表1。

表1 夏堡北大橋主要截面撓度測試結(jié)果

從圖2，圖3來看，主橋連續(xù)箱梁的撓度曲線分布規(guī)律和理論基本一致，說明主梁的剛度沿縱橋向分布情況正常。

2.4.2箱梁應(yīng)變結(jié)果

結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)為試驗荷載作用下的實測值與試驗荷載作用下的理論計算值的比值，它是評定結(jié)構(gòu)工作狀況、確定橋梁承載能力的一個重要指標(biāo)。各工況試驗荷載滿載作用下，箱梁各測試斷面測點實測應(yīng)力與相應(yīng)的理論計算值及結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)分述如下：

1)A—A截面。

西側(cè)邊跨跨中截面附近(A—A截面)在對稱加載(工況Ⅰ)荷載(滿載)作用下，A—A截面混凝土表面結(jié)構(gòu)應(yīng)力和校驗系數(shù)詳見表2，A—A截面混凝土表面各級荷載作用下實測結(jié)構(gòu)應(yīng)力詳見表3。表中數(shù)據(jù)“+”表示受拉，“-”表示受壓。

在荷載作用下，該截面各個測點應(yīng)力校驗系數(shù)均小于1，最大校驗系數(shù)為0.579；荷載卸載后，其殘余變形在0～7.937%之間，小于20%，說明該跨箱梁結(jié)構(gòu)在荷載試驗過程中呈彈性工作狀態(tài)。

表2 工況Ⅰ荷載作用下A—A截面混凝土應(yīng)力

2)B—B截面。

邊跨支點截面附近(B—B截面)在對稱加載(工況Ⅱ)荷載(滿載)作用下，B—B截面混凝土表面結(jié)構(gòu)應(yīng)力和校驗系數(shù)詳見表4，B—B截面混凝土表面各級荷載作用下實測結(jié)構(gòu)應(yīng)力詳見表5。表中數(shù)據(jù)“+”表示受拉，“-”表示受壓。

表4 工況Ⅱ荷載作用下B—B截面混凝土應(yīng)力

表5 工況Ⅱ各級試驗荷載作用下B—B截面混凝土應(yīng)力

在荷載作用下，該截面各個測點應(yīng)力校驗系數(shù)均小于1，最大校驗系數(shù)為0.790；荷載卸載后，其殘余變形在3.030%～8.333%之間，小于20%，說明該跨箱梁結(jié)構(gòu)在荷載試驗過程中呈彈性工作狀態(tài)。

3)C—C截面。

中跨跨中截面(C—C截面)在對稱加載(工況Ⅲ)荷載(滿載)作用下，C—C截面混凝土表面結(jié)構(gòu)應(yīng)力和校驗系數(shù)詳見表6，C—C截面混凝土表面各級荷載作用下實測結(jié)構(gòu)應(yīng)力詳見表7。表中數(shù)據(jù)“+”表示受拉，“-”表示受壓。

表6 工況Ⅲ荷載作用下C—C截面混凝土應(yīng)力

表7 工況Ⅲ各級試驗荷載作用下C—C截面混凝土應(yīng)力

在荷載作用下，該截面各個測點應(yīng)力校驗系數(shù)均小于1，最大校驗系數(shù)為0.633；荷載卸載后，其殘余變形在7.895%～10.924%之間，小于20%，說明該跨箱梁結(jié)構(gòu)在荷載試驗過程中呈彈性工作狀態(tài)。

綜上所述，箱梁各測試截面在最不利試驗荷載工況作用下，實測的結(jié)構(gòu)正應(yīng)力的校驗系數(shù)介于0.486～0.848之間，均小于1，表明結(jié)構(gòu)的承載能力基本能夠滿足設(shè)計及規(guī)范要求；實測的相對殘余變形在20%以下，結(jié)構(gòu)基本處于彈性工作狀態(tài)。

3 結(jié)語

1)本次荷載試驗的效率為0.95～1.05，試驗荷載在結(jié)構(gòu)控制截面產(chǎn)生最大內(nèi)力效應(yīng)，能夠反映理論計算活載作用下同一截面最不利內(nèi)力效應(yīng)，滿足規(guī)范的有關(guān)要求。

2)從撓度的測試結(jié)果來看，連續(xù)箱梁的邊跨跨中活載撓度的校驗系數(shù)為0.72，中跨跨中活載撓度的校驗系數(shù)為0.69，試驗荷載作用下實測的最大撓度值均不大于理論計算值，邊跨和中跨實測最大撓度和計算跨徑的比值分別為1/5 932和1/4 231，遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定計算活載作用下的1/600的允許值。相對殘余變形小于規(guī)范規(guī)定的20%，說明橋跨結(jié)構(gòu)基本處于彈性變形階段。主橋連續(xù)箱梁的撓度曲線分布規(guī)律和理論基本一致，說明主梁的剛度沿縱橋向分布情況正常。

3)應(yīng)變測試結(jié)果表明，箱梁各測試截面在最不利試驗荷載工況作用下，實測的結(jié)構(gòu)正應(yīng)力的校驗系數(shù)介于0.486～0.848之間，均小于1，表明結(jié)構(gòu)的承載能力基本能夠滿足設(shè)計及規(guī)范要求；實測的相對殘余變形在20%以下，結(jié)構(gòu)基本處于彈性工作狀態(tài)。

[1] JTG H11—2004,公路橋梁養(yǎng)護規(guī)范[S].

[2] JTG/T J21—2011，公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程[S].

[3] 宗一凡.公路橋梁荷載試驗與結(jié)構(gòu)評定[M].北京:北京人民交通出版社，2002.

[4] 吳建奇,鄭 曉,張婷婷.橋梁檢測中的靜載試驗研究[J].鐵道建筑,2011(2):42-44.

[5] 李 鵬.靜載試驗結(jié)合有限元分析的橋梁檢測研究[J].山西建筑,2016,42(13):184-185.

[6] 曾波存,杜 鵬,孫曉偉.預(yù)應(yīng)力混凝土空心板(20 m)靜載試驗及結(jié)果分析[J].施工技術(shù),2016(S1):274-277.

Safetyinspectionandevaluationofstaticloadtestforabridge

YueLiqingZhengQizhen

(UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,China)

Through the static load test of a bridge under different working conditions, the strain and deflection of the bridge under different working conditions are measured, and the overall safety performance of the bridge is tested. The results show that the overall mechanical performance of the bridge is good, and the bridge span structure is basically in the elastic deformation stage. The distribution curve of the deflection curve of the continuous box girder of the main bridge is basically consistent with the theory.

bridge inspection, safety assessment, static load test

U441

A

1009-6825(2017)26-0149-03

2017-07-05

樂利清(1993- )，男，在讀碩士；鄭七振(1962- )，男，教授