荷載試驗在連續(xù)鋼箱梁橋竣工驗收中的應(yīng)用

李明亮

【摘? 要】隨著我國公路交通事業(yè)的大力發(fā)展，新建橋梁數(shù)量迅速猛增，本文介紹了荷載試驗的含義、目的、內(nèi)容及過程，結(jié)合對太原市某新建三跨連續(xù)鋼箱梁橋靜載試驗成果進行分析，從而對橋梁竣工驗收做出客觀而準(zhǔn)確的評定，并探討荷載試驗在連續(xù)鋼箱梁橋竣工驗收中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】荷載試驗;連續(xù)鋼箱梁;竣工驗收;應(yīng)用

引言

荷載試驗是橋梁竣工驗收時了解新建橋梁在荷載作用下的工作狀況，檢驗實際承載能力能否滿足設(shè)計要求的一種判定手段。測試橋梁結(jié)構(gòu)控制截面及控制測點在試驗實際工況荷載作用下的應(yīng)力和位移等內(nèi)容，據(jù)此評價橋梁否滿足設(shè)計要求，為質(zhì)量監(jiān)督部門驗收提供依據(jù)。

1荷載試驗概述

荷載試驗?zāi)壳笆切陆蛄汗こ炭⒐を炇找环N最直接、最有效的檢測方法，在新建橋梁投入運營之前，通常需要通過荷載試驗來測試橋梁各控制截面在試驗荷載作用下的應(yīng)變和位移等內(nèi)容，同時分析結(jié)構(gòu)應(yīng)變（或位移）校驗系數(shù)和相對殘余應(yīng)變（或位移）等相關(guān)參數(shù)來判斷結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)是否滿足設(shè)計要求，為橋梁竣工驗收提供依據(jù)。本文主要探討靜載試驗在連續(xù)鋼箱梁橋竣工驗收中的應(yīng)用。

2工程概況

該橋為一座三跨連續(xù)鋼箱梁橋，跨徑布置為30.0m+35.0m+30.0m。上部結(jié)構(gòu)采用等高分離式雙箱連續(xù)鋼梁結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)箱梁采用Q345qD鋼材，橋墩采用啞鈴型橋墩，P1、P4橋墩上方設(shè)置雙排四支座，P2、P3橋墩上方設(shè)置單排雙支座，支座均采用球形鋼支座，該橋橋面總寬為11.6m～9.0m，橋面兩側(cè)采用鋼板焊接成型的防撞護欄。該橋設(shè)計荷載為城-B級。為檢驗該橋施工質(zhì)量，對該橋進行靜載試驗，為質(zhì)量監(jiān)督部門對該橋進行驗收提供資料。

3主要構(gòu)件編號說明

為便于說明，對橋梁的主要構(gòu)件進行編號，橋墩依次編號為P1～P4，2-1#箱梁表示第2跨由南向北數(shù)第1片箱梁。

4靜載試驗

4.1 上部結(jié)構(gòu)基本信息

該橋跨徑布置為30.0m+35.0m+30.0m，鋼主梁采用Q345qD正交異性橋面板鋼箱梁，中心梁高2.0m，頂板與底板平行，梁頂寬11.6m～9.0m，箱梁兩側(cè)翼板寬為1.5m、底寬2.0m，箱梁兩側(cè)邊箱腹板間距4.6m～2.0m，腹板平行于箱梁中心線，箱梁間橫隔板采用實腹式形式。

4.2 試驗測試截面及測點布置

4.2.1 試驗測試截面布置

根據(jù)該橋的結(jié)構(gòu)受力特點，本次試驗各跨測試截面位置。

4.2.2 試驗應(yīng)變測點布置

測點應(yīng)變測試采用振弦式應(yīng)變采集儀配合振弦式應(yīng)變計，1-1、2-2及3-3測試截面應(yīng)變測點布置示意。

4.2.3 試驗撓度測點布置

撓度測試采用徠卡TS50自動巡檢全站儀配合徠卡L型棱鏡，1-1及2-2測試截面撓度測點布置示意。

4.2.4 支點變形測點布置

由于該橋自重較輕，在荷載試驗時，梁端可能出現(xiàn)翹起現(xiàn)象，因此，一個橋墩上橫向兩個支座可能出現(xiàn)一個支座脫空的現(xiàn)象。為檢驗該橋鋼箱梁在靜載試驗過程中是否出現(xiàn)上述現(xiàn)象，本次靜載試驗在各橋墩上方支座處梁底布置L型棱鏡，測試支座的壓縮變形量，以此判斷在試驗過程中橋墩上方支座是否出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。

4.2.5 焊縫處應(yīng)變測點布置

在主梁與橫梁焊接處，跨焊縫布設(shè)振弦式應(yīng)變計，通過鋼弦應(yīng)變計應(yīng)變值變化來判別焊縫在試驗荷載下是否產(chǎn)生開裂。

4.3 試驗荷載

根據(jù)計算結(jié)果，本次采用4輛三軸載重車作為施加荷載。試驗車的相關(guān)技術(shù)參數(shù)和載重明細見表1。

4.4 靜載效率系數(shù)

由于該橋為新建橋梁，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，應(yīng)進行驗收性荷載試驗，故該橋靜載試驗效率系數(shù)取值應(yīng)在0.85～1.05之間。

該橋設(shè)計荷載等級為城-B級，采用橋梁計算軟件建立該橋上部結(jié)構(gòu)主梁模型進行計算分析。該橋上部結(jié)構(gòu)主梁各測試截面靜載試驗效率系數(shù)見表2。

由上表可知，本次靜載試驗上部結(jié)構(gòu)主梁各測試截面效率在0.95～1.00之間，均滿足規(guī)范規(guī)定的要求。

4.5 試驗加載方案

通過理論計算得到測試截面活載影響線，并由測試截面影響線按照荷載效應(yīng)等效及最不利布載原則進行加載車載位布置。

1-1測試截面（東邊跨最大正彎矩）和3-3測試截面（中墩支點最大負彎矩）的加載位置;2-2測試截面（中跨跨中最大正彎矩）的加載位置。對每種工況均逐車分級加載，按圖中的標(biāo)號順序依次加載。

4.6 試驗成果及分析

4.6.1 主梁應(yīng)變實測值及校驗系數(shù)

試驗荷載作用下，1-1測試截面（東邊跨最大正彎矩）箱梁應(yīng)變校驗系數(shù)為0.69～0.95;2-2測試截面（中跨跨中最大正彎矩）箱梁應(yīng)變校驗系數(shù)為0.79～0.97;3-3測試截面（中墩支點最大負彎矩）箱梁應(yīng)變校驗系數(shù)在0.72～1.00之間。試驗結(jié)果表明，各控制測點應(yīng)變校驗系數(shù)均未超過1，表明該橋上部結(jié)構(gòu)主梁當(dāng)前能夠滿足設(shè)計城-B級荷載的正常使用要求。

4.6.2 主梁撓度實測值及校驗系數(shù)

試驗荷載作用下，1-1測試截面（東邊跨最大正彎矩）及2-2測試截面（中跨跨中最大正彎矩）箱梁撓度校驗系數(shù)為0.84～0.95，均小于1，表明該橋上部結(jié)構(gòu)主梁當(dāng)前能夠滿足設(shè)計城-B級荷載的正常使用要求。

4.6.3 結(jié)構(gòu)相對殘余變形

試驗荷載作用下，邊跨箱梁最大正彎矩測試截面梁底應(yīng)變測點的相對殘余變形為2.3%～7.4%，梁底撓度測點的相對殘余變位為3.2%和18.8%;中跨箱梁最大正彎矩測試截面梁底應(yīng)變測點的相對殘余變形為3.6%～5.3%，梁底撓度測點的相對殘余變位為1.0%和4.0%;中支點最大負彎矩測試截面各測點應(yīng)變相對殘余變形在0～8.2%之間，相對殘余應(yīng)變（變位）滿足規(guī)范規(guī)定的相對殘余應(yīng)變（變位）不宜大于20%的要求，表明該橋上部結(jié)構(gòu)主梁彈性工作狀況較好。

4.6.4 支座豎向壓縮變形量測試

在試驗荷載作用下，未發(fā)現(xiàn)支座存在明顯翹曲現(xiàn)象，實測橋墩支座豎向最大壓縮變形為2.7mm;支座向上的最大相對變形（主梁上翹）為1.0mm，試驗進行過程中檢測人員對支座檢查未發(fā)現(xiàn)有脫空現(xiàn)象，支座仍處于受壓狀態(tài)，表明支座受力均正常。

4.6.5 焊縫處應(yīng)變測試

在試驗荷載作用下，焊縫處振弦式應(yīng)變計應(yīng)變值無明顯突變，同時試驗進行過程中技術(shù)人員觀察主梁與橫梁錯臺焊縫未發(fā)現(xiàn)焊縫有開裂現(xiàn)象，表明焊縫受力性能較好。

4.7 靜載試驗結(jié)論

在試驗荷載作用下，連續(xù)箱梁應(yīng)變測點校驗系數(shù)介于0.69～1.00之間，撓度測點校驗系數(shù)介于0.84～0.95之間，均小于1，表明實際工作狀況要好;連續(xù)箱梁應(yīng)變測點相對殘余變形介于0～8.2%之間，梁底撓度測點的相對殘余變位介于1.0%～18.8%之間，均小于20%，表明該橋上部結(jié)構(gòu)主梁彈性工作狀況較好。在各試驗工況下，支座未發(fā)現(xiàn)有脫空，支座處于受壓狀態(tài)，表明支座受力正常。在試驗荷載作用下，焊縫處振弦式應(yīng)變計應(yīng)變值無明顯突變，焊縫未發(fā)現(xiàn)有開裂現(xiàn)象，表明焊縫受力性能較好。

綜上所述，該橋在相當(dāng)于設(shè)計荷載城-B級的試驗荷載作用下，上部結(jié)構(gòu)各測試截面控制測點實測應(yīng)變、撓度校驗系數(shù)均不大于1，主梁豎向剛度良好，滿足規(guī)范和設(shè)計要求，表明該橋能夠滿足設(shè)計城-B級荷載等級的安全使用要求。

結(jié)束語

總之，對于一些新建的橋梁，有必要通過實橋荷載試驗檢測來確定橋梁的實際承載能力，通過分析試驗結(jié)果來確定是否滿足設(shè)計要求，同時把試驗測試結(jié)果作為評定工程質(zhì)量的主要資料，另外，新建橋梁竣工驗收荷載試驗可以幫助工程師們理解活荷載作用下的橋梁的正常使用和極限狀態(tài)行為驗證原來分析得到的有關(guān)荷載分布、應(yīng)力水平和變形的假設(shè)。

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（作者單位：上海同豐工程咨詢有限公司）