某加固后簡支T形梁橋靜載試驗分析

冼銳冠

(廣東縱橫工程檢測有限公司，廣東 佛山 528000)

1 工程概況

某橋梁跨徑組合為 5×16m+5×16m+3×30m+5×16m+6×16m，橋面總寬為28.34m，雙幅雙向六車道，其中單幅寬13.84m。橋面采用水泥混凝土鋪裝，主橋上部結(jié)構(gòu)為3跨預(yù)應(yīng)力混凝土30mT形簡支梁橋，兩側(cè)引橋均為普通混凝土16mT形簡支梁橋，每幅每跨均由6片T梁組成。下部結(jié)構(gòu)為樁柱式橋臺、樁柱式橋墩。

該橋病害主要為上部結(jié)構(gòu)16mT梁出現(xiàn)較多的裂縫，絕大部分裂縫的貫穿長度超過高度3/4，且貫通腹板的裂縫占95%以上，裂縫形態(tài)呈現(xiàn)上窄下寬的形式。斜裂縫主要分布在兩端4m范圍內(nèi)，中間寬兩頭窄，少量裂縫寬度超過規(guī)范限值。30m預(yù)應(yīng)力T梁整體狀況較好，未見受力裂縫出現(xiàn)。

針對上述橋梁病害及結(jié)合已有的加固設(shè)計經(jīng)驗，對該橋進(jìn)行了如下加固措施：

（1）對16mT梁腹板進(jìn)行外包鋼板加固，對裂縫進(jìn)行封閉、灌縫處治，對鋼筋銹蝕進(jìn)行除銹處理，破損位置用環(huán)氧砂漿修復(fù)。

（2）對30mT梁橫隔板及濕接縫進(jìn)行鑿除，重新澆筑。

（3）對混凝土橋面鑿除，重做橋面鋪裝及伸縮縫。

加固設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：

（1）設(shè)計荷載：維持原設(shè)計荷載等級不變，汽車-20級，掛-100；

（2）橋面布置：維持原設(shè)計不變。

該橋加固施工已完成，為檢驗該橋現(xiàn)狀情況及加固效果，對該橋進(jìn)行了靜載試驗。

2 靜載試驗

2.1 試驗內(nèi)容與測點布置

根據(jù)本橋梁現(xiàn)場實際情況，選取左幅第1跨16mT梁跨中（A截面）和根部（B截面）、左幅第11跨30mT梁跨中（C截面）作為試驗橋跨，本橋的主要試驗內(nèi)容為：

（1）左幅第1跨16mT梁跨中最大正彎矩（A截面） 的應(yīng)變和撓度、根部最大切應(yīng)力（B截面）的應(yīng)變。

（2）左幅第11跨30mT梁跨中最大正彎矩（C截面）的應(yīng)變和撓度。

（3）試驗加載前、加載后及卸載時主梁裂縫情況。測試控制截面見圖1。

根據(jù)試驗內(nèi)容，撓度測點沿試驗橋跨兩側(cè)的支點和跨中位置布置；試驗A截面布置12個應(yīng)變測點；試驗B截面布置3個應(yīng)變測點（加載側(cè)1號T梁、2號T梁和3號T梁端部）；試驗C截面布置12個應(yīng)變測點。

2.2 加載工況及試驗荷載

本次試驗按汽車-20級，掛-100汽車荷載考慮，根據(jù)測試橋跨結(jié)構(gòu)的內(nèi)力包絡(luò)圖，并考慮應(yīng)力分布，按最不利受力原則選定測試截面，然后擬定相應(yīng)的試驗工況。考慮現(xiàn)場組織標(biāo)準(zhǔn)車隊困難，采用內(nèi)力等效原則，用三軸載重汽車加載。本次試驗共安排3個荷載工況（見表1）。

表1 試驗工況

根據(jù)《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》的要求，橋梁的靜力試驗按荷載效率ηq來確定試驗的最大荷載。靜力荷載效率ηq的計算公式為：

式中：SS——靜載試驗荷載作用下，某一加載試驗項目對應(yīng)的加載控制截面內(nèi)力或位移的最大計算效應(yīng)值；

S——控制荷載產(chǎn)生的同一加載控制截面內(nèi)力或位移的最不利效應(yīng)計算值；

μ——按規(guī)范取用的沖擊系數(shù)值。

本次試驗為交工荷載試驗，工況Ⅰ～Ⅲ試驗荷載在測試截面處的試驗內(nèi)力和試驗荷載效率如表2所示，表中的數(shù)據(jù)表明試驗荷載效率滿足《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》中取值范圍為0.85～1.05之間的要求。

表2 試驗內(nèi)力和荷載效率系數(shù)

2.3 靜載試驗結(jié)果與分析

（1）試驗梁跨中截面撓度分析。

在工況Ⅰ、工況Ⅲ試驗荷載作用下，試驗孔主梁跨中測試截面沉降值，即為主梁測試跨中截面撓度的實測值。相對殘余變形是評價結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載后彈性工作性能的指標(biāo)，跨中截面撓度的相對殘余變形越小，說明結(jié)構(gòu)越接近彈性工作狀況。主梁測試截面撓度值見表3。

表3 控制截面撓度校驗系數(shù)

在工況Ⅰ試驗荷載作用下，實測撓度與理論計算撓度曲線的變化趨勢一致，實測最大撓度小于理論計算撓度。實測撓跨比為0.00412/16=2.58×10-4，遠(yuǎn)小于設(shè)計規(guī)范允許的1/600=1.67×10-3，結(jié)構(gòu)剛度滿足規(guī)范要求。

在工況Ⅲ試驗荷載作用下，實測撓度與理論計算撓度曲線的變化趨勢一致，實測最大撓度小于理論計算撓度。實測撓跨比為0.01235/30=4.12×10-4，遠(yuǎn)小于設(shè)計規(guī)范允許的1/600=1.67×10-3，結(jié)構(gòu)剛度滿足規(guī)范要求。

表3數(shù)據(jù)表明在工況Ⅰ、工況Ⅲ試驗荷載作用下，試驗孔控制截面測點撓度校驗系數(shù)在0.746～0.875間，相對殘余變形在1.5%～1.7%間，滿足《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》測點的撓度試驗校驗系數(shù)0.7～1.05和相對殘余撓度不大于20%的要求。

（2）試驗梁跨中截面與支點截面應(yīng)變分析。

在工況Ⅰ～Ⅲ試驗荷載作用下，試驗梁跨中與支點截面的混凝土應(yīng)變沿梁高分布符合平截面假定，實測的應(yīng)變與荷載的關(guān)系曲線接近于直線，說明橋跨結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀況。控制截面實測應(yīng)變及校驗系數(shù)見表4。

表4數(shù)據(jù)表明在工況Ⅰ～Ⅲ試驗荷載作用下，試驗孔控制截面測點應(yīng)變校驗系數(shù)在0.709～0.973間，相對殘余應(yīng)變在2.6%～3.3%間，滿足《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》測點的應(yīng)變試驗校驗系數(shù)0.7～1.05和相對殘余應(yīng)變不大于20%的要求。說明結(jié)構(gòu)的豎向剛度能滿足設(shè)計要求。

在工況Ⅰ試驗荷載作用下，1號T梁中的3＃、4＃應(yīng)變測點分別粘貼在鋼板和混凝土上，2號T梁中6＃、7＃應(yīng)變測點分別粘貼在鋼板和混凝土上，其實測應(yīng)變值變化符合平截面假定，說明粘貼鋼板和混凝土T梁較好的結(jié)合在一起，能夠良好的共同變形受力，且粘貼鋼板能夠有效提高T梁的抗剪能力。將A截面1號T梁沿高度布置的應(yīng)變測點實測彈性應(yīng)變沿截面高度進(jìn)行線性回歸。實測彈性應(yīng)變沿截面高度呈線性變化，線性相關(guān)系數(shù)r為0.9970，符合平截面假定（n=4，置信度大于95%）。擬合中性軸高度為82.8cm，與理論值85.1cm基本相符。

在工況Ⅱ試驗荷載作用下，梁端的實測剪切應(yīng)變都小于理論值，說明粘貼鋼板能夠有效提高T梁的抗剪能力。

在工況Ⅲ最大級試驗荷載作用下將C截面1號T梁沿高度布置的應(yīng)變測點實測彈性應(yīng)變沿截面高度進(jìn)行線性回歸。實測彈性應(yīng)變沿截面高度呈線性變化，線性相關(guān)系數(shù)r為0.9945，符合平截面假定（n=4，置信度大于95%）。擬合中性軸高度為129.5cm，與理論值128.7cm基本相符。

表4 控制截面應(yīng)變校驗系數(shù)

3 裂縫

在整個荷載試驗過程中，采用裂縫觀測儀仔細(xì)檢查，未發(fā)現(xiàn)試驗橋跨有新增可見裂縫產(chǎn)生，結(jié)構(gòu)抗裂性能滿足《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》的要求。

4 試驗結(jié)論

通過對試驗數(shù)據(jù)分析和對理論數(shù)據(jù)的比較結(jié)果表明該橋目前工作狀況正常，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度以及抗裂性能符合《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》 （JTG/T J21-01-2015）中所規(guī)定的各項指標(biāo)要求，結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)，其承載能力滿足設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)汽車-20級，掛-100的正常使用要求。