舊橋拆除小箱梁構(gòu)件再利用的荷載試驗(yàn)性能評(píng)價(jià)

李清燕

摘要：為了在新橋中利用原有舊橋構(gòu)件，采用現(xiàn)場荷載試驗(yàn)方法，對(duì)某裝配式簡支預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁橋舊橋拆除的小箱梁構(gòu)件，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)承載能力性能評(píng)價(jià)。荷載試驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果和新橋建設(shè)工程實(shí)際應(yīng)用效果表明：狀況良好、原汽車-超20級(jí)荷載等級(jí)的25m跨徑簡支小箱梁舊橋構(gòu)件，可直接應(yīng)用于同類型的公路-Ⅰ新橋建設(shè)中。為舊橋構(gòu)件在新橋中的再利用提供了工程借鑒。

關(guān)鍵詞：舊橋；小箱梁；再利用；荷載試驗(yàn)；性能評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：U441 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，大量早期修建的公路和城市橋梁，由于橋面寬度已經(jīng)不能滿足交通量迅速發(fā)展的要求、橋梁結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)荷載等級(jí)難以滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求，需要升級(jí)改造。在滿足結(jié)構(gòu)安全和正常使用的前提條件下，在新橋建設(shè)中盡可能的使用原有舊橋梁板結(jié)構(gòu)構(gòu)件，是預(yù)制構(gòu)件、裝配式上部結(jié)構(gòu)舊橋改造利用的重要內(nèi)容之一。

舊橋原有梁板構(gòu)件以結(jié)構(gòu)承載能力為主要內(nèi)容的性能評(píng)價(jià)，是決定其能否在新橋中進(jìn)行再利用的核心環(huán)節(jié)。既有橋梁梁板構(gòu)件結(jié)構(gòu)承載能力性能的評(píng)價(jià)大致分為兩種方法：根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)病害檢查、檢測量化結(jié)果的結(jié)構(gòu)檢算評(píng)定方法和結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)評(píng)定法，結(jié)構(gòu)檢算評(píng)定方法結(jié)論具有一定的局限性。

結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)評(píng)定方法，對(duì)橋梁構(gòu)件施加預(yù)期的試驗(yàn)內(nèi)力，根據(jù)構(gòu)件在試驗(yàn)內(nèi)力作用下的響應(yīng)，判斷、評(píng)價(jià)其結(jié)構(gòu)承載能力等性能，具有直接、客觀的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)舊橋原有梁板構(gòu)件進(jìn)行荷載試驗(yàn)檢測，是檢驗(yàn)板梁承載能力性能、判斷其是否可再利用的客觀、有效手段。

本文采用荷載試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)承載能力性能評(píng)價(jià)方法，對(duì)某裝配式簡支預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁橋舊橋拆除的小箱梁構(gòu)件進(jìn)行現(xiàn)場荷載試驗(yàn)，量測舊橋小箱梁構(gòu)件在新橋結(jié)構(gòu)內(nèi)力組合作用下的撓度、應(yīng)變響應(yīng)，通過結(jié)構(gòu)理論計(jì)算和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，對(duì)舊橋小箱梁構(gòu)件的實(shí)際結(jié)構(gòu)承載能力性能進(jìn)行了檢驗(yàn)、評(píng)價(jià)，為該舊橋構(gòu)件在新橋中的再利用提供可靠技術(shù)依據(jù)。

1工程概況

某拆除舊橋?yàn)榭鐝?5m的裝配式簡支預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁橋，橋?qū)?6.8m，上部結(jié)構(gòu)橫向由6片小箱梁組成，原設(shè)計(jì)汽車荷載等級(jí)為：汽車-超20級(jí)，2003年建成。改變橋位、改建的新橋仍為跨徑25m的裝配式簡支預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁橋，橋?qū)捀臑?2.0m，橫向由4片小箱梁組成，設(shè)計(jì)汽車荷載等級(jí)改為：公路-Ⅰ級(jí)。

從舊橋拆除的預(yù)應(yīng)力混凝土小箱粱構(gòu)件，除局部混凝土剝落、鋼筋外露、混凝土蜂窩、麻面外，其它狀況良好，混凝土回彈測試推定強(qiáng)度等級(jí)為：C50。

為了解舊橋原有小箱梁構(gòu)件的承載能力性能，為在新橋結(jié)構(gòu)中的再利用提供依據(jù)，對(duì)其進(jìn)行了荷載試驗(yàn)檢測、評(píng)價(jià)。

2荷載試驗(yàn)檢測方案

2.1荷載試驗(yàn)加載方案

原有小箱梁（試驗(yàn)梁）荷載試驗(yàn)的試驗(yàn)工況（測試項(xiàng)目）為梁跨中截面最大正彎矩工況，試驗(yàn)控制截面為跨中截面。采用公路-Ⅰ級(jí)汽車荷載，根據(jù)設(shè)計(jì)正常使用極限狀態(tài)短期效應(yīng)荷載組合，經(jīng)過結(jié)構(gòu)計(jì)算，試驗(yàn)梁（裸梁）跨中截面彎矩靜力荷載試驗(yàn)的控制值為：4000kN*m。

試驗(yàn)加載按照跨中截面彎矩等效的原則，采用在試驗(yàn)梁跨中截面頂面施加集中試驗(yàn)荷載的方式實(shí)施。結(jié)合試驗(yàn)現(xiàn)場條件，試驗(yàn)梁的支撐長度為23.5m，集中試驗(yàn)荷載為：P=681kN，試驗(yàn)梁跨中截面彎矩試驗(yàn)控制值實(shí)際為：4004kN*m。

正式加載前，對(duì)試驗(yàn)梁進(jìn)行預(yù)加載，使整個(gè)試驗(yàn)加載結(jié)構(gòu)體系進(jìn)入正常工作狀態(tài)，預(yù)加荷載取為最大試驗(yàn)荷載的30%左右，預(yù)壓時(shí)間控制在10分鐘，以消除支點(diǎn)和儀器接觸等不利影響，卸載10分鐘后正式試驗(yàn)。正式試驗(yàn)加載分級(jí)情況分別見表1，每級(jí)加載后持續(xù)10分鐘再觀測、記錄數(shù)據(jù)。

2.2荷載試驗(yàn)測試方案

（1）測試內(nèi)容及儀器設(shè)備

1）測量試驗(yàn)梁跨中、1/4跨、3/4跨正截面的應(yīng)變及其分布情況。使用電阻應(yīng)變片及靜態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀等設(shè)備；

2）測量試驗(yàn)梁支座處、跨中、1/4跨、3/4跨處的豎向撓度。使用百分表撓度計(jì)等設(shè)備；

3）測量試驗(yàn)梁在荷載完全卸除后變位和應(yīng)變的恢復(fù)情況；

4）觀測試驗(yàn)梁跨中處附近下邊緣表面的裂縫開展與發(fā)展情況。

（2）測點(diǎn)布置

1）應(yīng)變測點(diǎn)

試驗(yàn)梁跨中、1/4跨、3/4跨截面位置：在底面和側(cè)面腹板上設(shè)置應(yīng)變測點(diǎn)。應(yīng)變測點(diǎn)布置方案如圖1、圖2所示，共計(jì)16個(gè)應(yīng)變測點(diǎn)。

2）撓度測點(diǎn)

試驗(yàn)梁在支座處、跨中、1/4跨、3/4跨截面位置：布置豎向撓度測點(diǎn)。撓度測點(diǎn)布置方案如圖1、圖2，共計(jì)10個(gè)撓度測點(diǎn)。

3荷載試驗(yàn)檢測結(jié)果和性能評(píng)價(jià)

3.1試驗(yàn)梁撓度測試結(jié)果與分析

經(jīng)過支座沉降修正和測試誤差處理后，試驗(yàn)梁在試驗(yàn)荷載作用下各測點(diǎn)的撓度測試結(jié)果與分析列入表2中。

分析司知：

最大級(jí)試驗(yàn)荷載作用下，實(shí)測跨中截面撓度最大值為18.16mm，理論撓度值為19.00mm，撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.96，滿足相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

由試驗(yàn)結(jié)果知，在最大級(jí)試驗(yàn)荷載作用下，梁體的最大撓度為18.16mm，撓跨比f/L=18.16/23500=1/1294，遠(yuǎn)小于1/600，說明試驗(yàn)梁的結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2試驗(yàn)梁應(yīng)力（變）測試結(jié)果與分析

經(jīng)過測試誤差處理、將測試應(yīng)變轉(zhuǎn)化為應(yīng)力，試驗(yàn)梁在試驗(yàn)荷載作用下各測點(diǎn)的應(yīng)力測試結(jié)果與分析列入表3中。

分析可知：

試驗(yàn)梁在最大試驗(yàn)荷載作用下，實(shí)測試驗(yàn)梁跨中截面下緣的最大拉應(yīng)力為11.07MPa，理論計(jì)算值為13.35MPa，應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)為0.83，滿足相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.3試驗(yàn)結(jié)論

在試驗(yàn)梁靜力荷載試驗(yàn)過程中，經(jīng)仔細(xì)檢查，在跨中和其它結(jié)構(gòu)部位未見任何由于試驗(yàn)荷載作用而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)病害；試驗(yàn)梁結(jié)構(gòu)未有任何異常情況發(fā)生。

縱上所述，試驗(yàn)梁抗彎承載能力滿足設(shè)計(jì)要求，在最大設(shè)計(jì)荷載作用下，試驗(yàn)梁剛度滿足規(guī)范要求，試驗(yàn)梁處于彈性工作狀態(tài)。試驗(yàn)梁結(jié)構(gòu)性能滿足新橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范的要求，舊橋拆除的原有小箱梁可以在新橋上部結(jié)構(gòu)中再利用。

4工程應(yīng)用效果與結(jié)論

新橋從2013年至今建成通車使用三年來，從舊橋上拆除、重新利用的原有小箱梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件各部位未見任何結(jié)構(gòu)病害，新橋上部結(jié)構(gòu)整體也未見任何結(jié)構(gòu)病害。

舊橋拆除原有小箱梁的單梁荷載試驗(yàn)結(jié)構(gòu)性能評(píng)價(jià)和新橋建成后的實(shí)際通車工程應(yīng)用表明：

從舊橋上拆除下來，外觀沒有結(jié)構(gòu)病害、符合原汽車-超20級(jí)（JTJ021-89公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范）荷載等級(jí)的25m跨徑簡支后張法預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制小箱梁，其結(jié)構(gòu)承載能力和剛度性能滿足公路-Ⅰ級(jí)（JTGD60-2004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范）汽車荷載等級(jí)的設(shè)計(jì)要求；舊橋拆除的原有小箱梁構(gòu)件，可直接應(yīng)用于同類型（相同跨徑、相同寬度）的新橋建設(shè)中（在新橋中原有小箱梁構(gòu)件應(yīng)位于相同的橫向位置），從而達(dá)到充分利用原有舊橋構(gòu)件、節(jié)約新橋建設(shè)費(fèi)用的目的。