在役空心板橋橫向分布系數(shù)試驗(yàn)研究

李 恒 蘇 鵬 魏景和 陽 浩

(廣東縱橫工程檢測有限公司，廣東 佛山 528000)

1 概述

預(yù)制裝配式橋梁具有結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、標(biāo)準(zhǔn)化施工質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，在我國預(yù)制裝配式鋼筋混凝土梁式橋，特別是中小跨徑橋梁中得以廣泛應(yīng)用。而現(xiàn)役裝配式橋梁中空心板梁多采用企口縫，T梁和小箱梁多采用濕接縫連接形成整體，使結(jié)構(gòu)的協(xié)同受力能力顯著提高，但隨著運(yùn)營時(shí)間增長，各梁間的橫向聯(lián)系易出現(xiàn)損壞，荷載在各主梁分配產(chǎn)生變異，容易形成“單梁受力”影響橋梁結(jié)構(gòu)整體性能，從而導(dǎo)致主梁破壞，甚至出現(xiàn)橋梁整體垮塌[1-3]。根據(jù)吉林省高速公路(長平等高速)500多座橋梁的病害統(tǒng)計(jì)顯示，梁間鉸縫滲水比例高達(dá)83.3%，表明裝配式橋梁橫向分布損傷普遍存在[4]。而空心板梁多采用企口縫，其橫向連接相對其他結(jié)構(gòu)形式更為薄弱，在實(shí)際運(yùn)營中需要重點(diǎn)關(guān)注此類橋梁的橫向聯(lián)系情況，并進(jìn)行維修加固處理，防止單板受力導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)損壞[5,6]。因此本文以空心板橋?yàn)檠芯繉ο螅治鰧?shí)際車輛作用下各主梁橫向聯(lián)系狀態(tài)，并對橋梁實(shí)際使用狀態(tài)進(jìn)行評估[7]。

2 橋梁靜載試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h3>

為研究舊橋橫向分布系數(shù)，本次靜載試驗(yàn)橋梁為1994年建成通車的預(yù)制裝配式空心板橋，橋梁全長455.82 m，跨徑組合為15×30，雙幅寬度為26 m，橋梁橫斷面為0.5 m(防撞欄桿)+11.0 m(機(jī)動(dòng)車道)+2.0 m(中央分隔帶)+11.0 m(機(jī)動(dòng)車道)+0.5 m(防撞欄桿)。該橋上部結(jié)構(gòu)采用30 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板，施工方法為預(yù)制先張法，空心板板高1.20 m，寬1.5 m，設(shè)計(jì)荷載為汽車—20級，掛車—100，人群荷載3.5 kN/m2。近期發(fā)現(xiàn)橋面鋪裝出現(xiàn)通長縱向裂縫，主梁鉸縫砂漿脫落嚴(yán)重，鉸縫失效可能已經(jīng)失效，重車通過使橋梁撓度偏大。為了解橋梁結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系實(shí)際狀況及橋梁結(jié)構(gòu)承載能力狀況，為后續(xù)養(yǎng)護(hù)維修提供依據(jù)，因此進(jìn)行荷載試驗(yàn)研究橋梁的橫向聯(lián)系狀況。

2.2 試驗(yàn)流程

2.2.1試驗(yàn)車輛選擇

荷載試驗(yàn)車輛選擇不僅需考慮設(shè)計(jì)荷載中車軸重量，而且橋面已經(jīng)出現(xiàn)了縱向裂縫的現(xiàn)象，車輛軸重過重，易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部破壞，因此本試驗(yàn)選用車重約320 kN的三軸重車輛加載。

2.2.2加載位置確定

為了得到大量數(shù)據(jù)，本次選擇6處橫向加載位置，具體加載車輛分別作用位置如圖1中①～⑥所示。位移計(jì)設(shè)置在每片梁底支座和跨中截面，共24個(gè)。

2.2.3試驗(yàn)結(jié)果

本次試驗(yàn)實(shí)際加載車輛為323 kN，車輛分別作用在橫橋向①～⑥不同位置時(shí)各主梁跨中豎向位移實(shí)測彈性撓度如表1所示。

2.2.4理論分析值

橋梁主梁由多片主梁和橫隔梁組成，當(dāng)橋梁在荷載p作用下，主梁因?yàn)闄M向聯(lián)系的存在使得所有主梁不同程度參與受力。對于主梁某截面的內(nèi)力值s確定，橋梁在縱向和橫向均引入影響線概念，可將空間問題轉(zhuǎn)化為平面問題進(jìn)行求解，s=p·η(x,y)≈p·η2(y)·η1(x)。其中，η(x,y)為空間影響面;η2(y)為單梁荷載沿橋面橫向y軸方向作用在不同位置時(shí)某梁所分配的荷載比值曲線;η1(x)為單梁在x軸方向某截面的內(nèi)力影響線。某梁所承受的荷載為車輪軸重乘以一個(gè)系數(shù)，此系數(shù)為橫向分布系數(shù)[8]。根據(jù)橫向分布模擬效應(yīng)分類可分為反力橫向分布、內(nèi)力橫向分布和撓度橫向分布。反力橫向分布是利用橫向模型的支座反力的比例關(guān)系來實(shí)現(xiàn)的其橫向分布的模擬；內(nèi)力橫向分布實(shí)質(zhì)是利用橫向內(nèi)力影響線等效為荷載橫向分布系數(shù)；撓度橫向分布利用結(jié)構(gòu)撓度在橫橋向影響線來模擬其橫向分布影響線[9-12]。

橫向分布系數(shù)理論值是通過橋梁博士3.6軟件，利用剛接板法建立空間模型計(jì)算所得。首先求出荷載橫向影響線，然后得出荷載沿橋橫向作用不同位置時(shí)各主梁的橫向分布系數(shù)，表2為加載車橫橋向作用在①～⑥不同位置時(shí)各主梁的理論荷載橫向影響線豎標(biāo)，按試驗(yàn)荷載在橋上的實(shí)際布載位置計(jì)算而得。

表2 橫向分布系數(shù)影響線豎標(biāo)理論計(jì)算值

2.2.5實(shí)測值與理論值對比分析

由圖2～圖9可知：1)橫向分布系數(shù)影響線變化趨勢與理論計(jì)算值比較相近，對稱性尚可，實(shí)測影響線分布連續(xù)性較好，未見明顯的單梁受力現(xiàn)象。2)當(dāng)車輛作用位置靠近主梁時(shí)，橫向分布系數(shù)實(shí)測值要大于理論計(jì)算值，當(dāng)車輛作用位置遠(yuǎn)離主梁時(shí)，橫向分布系數(shù)理論值遠(yuǎn)大于實(shí)測值，表明橫向分布聯(lián)系較理論弱。實(shí)際表現(xiàn)為橋面出現(xiàn)縱向裂縫，橋面開裂，鉸縫填料有脫落現(xiàn)象。3)實(shí)測的橫向分布系數(shù)影響線較理論值斜率大，并且位于兩側(cè)梁體較中間梁體更為明顯，可能實(shí)際運(yùn)營中兩側(cè)梁體受力較為不利，導(dǎo)致橫向聯(lián)系損傷更為嚴(yán)重。

3 結(jié)語

通過靜載試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)此橋梁的橫向聯(lián)系剛度較理論值弱，同時(shí)邊梁橫向聯(lián)系剛度損傷較中梁更為嚴(yán)重，橋梁的整體性能有所下降。橋梁運(yùn)營管養(yǎng)中如發(fā)現(xiàn)橋面開裂和鉸縫脫落現(xiàn)象應(yīng)該引起足夠的重視，加強(qiáng)管理和養(yǎng)護(hù)，并及時(shí)加固，防止橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)單梁受力現(xiàn)象。