渡槽結構安全鑒定中的結構靜力應變試驗案例

曹增龍，韓賢權，王義德

(1.湖北正平水利水電工程質量檢測有限公司，湖北 武漢 430070；2.長江水利委員會長江科學院，湖北 武漢 430010；3.湖北金浪勘察設計有限公司，湖北 武漢 430070)

某渡槽位于湖北省境內，是所在地區農業灌溉和生態用水系統的重要組成部分，建成于1975年，橫跨京廣鐵路線、當地某小河流與某市政道路，已經運行了40年。目前，該渡槽出現混凝土老化、鋼筋出露等問題，渡槽輸水時有多處嚴重滲漏癥狀。由于該渡槽所在區域已被劃入城市開發區范圍，主管部門需要論證繼續維護使用該渡槽。

1 結構概況

該渡槽由44跨組成，全長705.7m，縱坡1/705.7，設計流量12m3/s。第1～11跨共計11跨總長204.1m，各跨長度不等，采用鋼筋混凝土矩形槽結構，槽寬2.7m，槽深2.2m；第10跨槽段橫跨京廣鐵路，為雙懸臂結構，簡支支座形式，該槽段單節長40.0m，其中支座間距26.0m，兩頭懸臂各為7.0m。第12～44跨共計33跨總長501.6m，均為標準跨度15.2m，采用鋼筋混凝土U型槽結構，槽寬2.7m，槽深2.2m，直墻段高1.2m。

該渡槽結構現狀如圖1所示，其結構示意圖如圖2所示。

圖1 某渡槽結構現狀照片

圖2 某渡槽結構示意圖(單位：m)

2 試驗方案

該渡槽安全鑒定的結構靜力應變試驗的目的是獲得渡槽在輸水工況(靜力狀態范疇)下結構的應變變化情況，以此作為判斷當前渡槽結構承載能力的依據，為確保結構安全，并考慮所在灌溉系統實際過流能力，本次試驗加載的最大水深定為1.0m。

由于矩形槽段和U型槽段距離較遠，中間間隔鐵路線和當地某小河流，且本次加載水位不高，因此將結構的響應近似視為線彈性響應，在卸載過程中采集矩形槽段的應變響應，在加載過程中采集U型槽段的應變響應。

結構應變檢測對象選取第10跨槽段雙懸臂矩形槽段(跨間長度26m)和第27槽段標準U型槽段(跨間長度15m)共計2段作為對象，將跨間距離6等分的5個等分斷面設置為試驗斷面，每個斷面在左右邊墻上各設2個檢測點(對稱設置)，共4個檢測點。

本次試驗應變片布置情況如圖3所示，應變片粘貼位置示意圖如圖4—5所示。

圖3 某渡槽結構靜力應變試驗實際應變片布置情況

圖4 某渡槽結構靜力應變試驗斷面順水縱向位置示意圖

圖5 某渡槽結構靜力應變試驗斷面應變片布置示意圖

3 所用主要儀器設備

輸水工況下，水流荷載變化緩慢，且數據采集端的應變片接觸水流，因此其精度要求較高，且粘貼布置要求也很苛刻。該渡槽結構靜力應變試驗采用日本東京測器研究所研制生產的TDS- 530應變數據采集器，同時采用日本東京測器研究所研制生產的WFCA- 3- 17雙向正交應變片。從本次試驗來看，仍發生了2處應變片由于水流沖擊或浮游雜物撞擊導致應變片脫落或損壞，因此應重視應變片粘貼工作。

4 試驗結果與分析

該渡槽結構靜力應變試驗現場如圖6所示，第10槽段(矩形槽段)與第27槽段(U形槽段)各個檢測斷面的應變數據峰值分析如圖7—8所示。

圖6 某渡槽結構靜力應變試驗現場

圖7 某渡槽第10跨槽段(矩形槽段)加載時各檢測斷面結構應變峰值

圖8 某渡槽第27跨槽段(U形槽段)加載時各檢測斷面結構應變峰值

從圖7—8可以看出，第10槽段(矩形槽段)與第27槽段(U形槽段)在承受水荷載后，結構內表面以受拉為主，大部分檢測點的應變都在100με以內，對于常規混凝土材料而言應變響應在正常范圍內。

第10跨槽段(矩形槽段)和第27跨槽段(U型槽段)的響應峰值分別出現在J4- 4的豎直方向(-143με取絕對值為143με)和U3- 2的豎直方向(118με)，從響應峰值看，渡槽結構的個別部位在1.0m水深的荷載作用下拉應變已經達到了相當水平，將渡槽運行輸水水深限制在1.0m內是適宜的。

5 結語

隨著我國20世紀建成運行的大量渡槽老化損傷日益嚴重，渡槽運行安全愈加難以保證。本文基于現場試驗檢測結果，通過分析該渡槽結構靜力應變數據，得出了正常范圍內其靜力應變值在渡槽現狀狀態下控制輸水流量(水深)必要性以及張貼采集應變片要選擇高精度的應變片的必要性。該工程實例渡槽結構靜力應變及張貼高精度采集片提供了一種使用可行的實踐實例，為同類工程的安全鑒定提供一定的參考。