缺陷修復(fù)后的40mT梁承載能力評(píng)定

張會(huì)川　薛紅正　李現(xiàn)科

摘 要：荷載試驗(yàn)是測(cè)定橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量的有效方法，可以驗(yàn)證橋梁結(jié)構(gòu)理論與設(shè)計(jì)方法，檢測(cè)和判斷橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力。本文通過(guò)靜載試驗(yàn)，對(duì)缺陷修復(fù)后的40 m T梁進(jìn)行了承載能力評(píng)定。試驗(yàn)結(jié)果表明，主梁的缺陷修復(fù)不影響該梁的總體承載能力，該梁承載能力滿足正常使用的設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：荷載試驗(yàn);承載能力;T梁;缺陷修復(fù)

中圖分類號(hào)：U441文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）14-0106-04

Evaluation of Bearing Capacity of 40 m T Beam after Defect Repair

ZHANG Huichuan XUE Hongzheng LI Xianke

（Henan Lite Transportation Engineering Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450015）

Abstract： Load test is an effective method to determine the design and construction quality of bridge structures， which can verify the theory and design methods of bridge structures， and detect and judge the actual bearing capacity of bridge structures. In this paper， through the static load test， the bearing capacity of the 40 m T beam after defect repair was evaluated. The test results show that the defect repair of the main beam does not affect the overall bearing capacity of the beam， which meets the design requirements for normal use.

Keywords： load test;bearing capacity;T beam;defect repair

橋梁荷載試驗(yàn)的目的是通過(guò)加載試驗(yàn)，記錄橋梁在荷載作用下的結(jié)構(gòu)反應(yīng)，為橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況及承載能力評(píng)定和日后養(yǎng)護(hù)、維修、加固的決策提供科學(xué)依據(jù)和支持。梁荷載試驗(yàn)是一種通過(guò)施加荷載對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的靜、動(dòng)力特性進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的檢測(cè)方法[1]，一般包括靜載試驗(yàn)和動(dòng)載試驗(yàn)。靜載試驗(yàn)是通過(guò)在橋梁結(jié)構(gòu)上施加與控制荷載等效的靜態(tài)外加荷載，利用檢測(cè)儀器設(shè)備測(cè)試橋梁結(jié)構(gòu)控制部位與控制截面的力學(xué)效應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。動(dòng)載試驗(yàn)是測(cè)試橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在動(dòng)荷載激振和環(huán)境荷載作用下的受迫振動(dòng)特性和自振特性的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。荷載試驗(yàn)是測(cè)定橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量的有效方法，可以驗(yàn)證橋梁結(jié)構(gòu)理論與設(shè)計(jì)方法，判斷橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力;當(dāng)對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力不確定時(shí)，可采用荷載試驗(yàn)的方法進(jìn)行檢測(cè)評(píng)定。

1 工況概況

某大橋上部結(jié)構(gòu)為1×40 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁，橋梁設(shè)計(jì)荷載為公路-Ⅰ級(jí)。全橋橫向由6片T梁組成，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C50，T梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖1所示。在梁的預(yù)制過(guò)程中，人們發(fā)現(xiàn)，該橋4#梁[L4]截面附近因漏振導(dǎo)致混凝土空洞露筋，后對(duì)該處進(jìn)行修補(bǔ)。為了檢測(cè)該梁正常使用承載能力是否滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)該橋4#梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，測(cè)定試驗(yàn)梁的靜力應(yīng)變和撓度效應(yīng)，并與理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，以評(píng)定該梁的承載能力。

2 靜載試驗(yàn)加載方案

2.1 試驗(yàn)內(nèi)容與測(cè)點(diǎn)布置

試驗(yàn)主要選擇控制截面測(cè)試結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和位移，如圖2所示，選擇預(yù)制T梁三個(gè)控制截面（[L4]、[L2]和[3L/4]截面）作為試驗(yàn)控制斷面，布置位移和應(yīng)變傳感器。由于該試驗(yàn)梁已架設(shè)于橋上，0#臺(tái)處梁底凈空很小，該端支座截面無(wú)法布置位移計(jì)，故只能在1#臺(tái)支點(diǎn)截面位置處布置位移計(jì)以測(cè)試試驗(yàn)荷載作用下的支點(diǎn)沉降?；炷翍?yīng)變計(jì)和位移計(jì)測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示，全梁截面實(shí)際共布置數(shù)碼應(yīng)變計(jì)18個(gè)、數(shù)碼位移計(jì)8個(gè)。

2.2 試驗(yàn)荷載與加載方式

利用橋梁有限元分析軟件Midas/Civil程序，采用梁格法，對(duì)整體進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)荷載為公路-Ⅰ級(jí)。測(cè)試梁為該橋4#T梁，4#梁跨中截面性質(zhì)為：[IT]=0.025 34 m4，[I]=0.825 0 m4，[y中]=1.399 m，[A]=1.316 8 m2;計(jì)算跨徑為[L]=38.6 m，梁高為2.5 m?；炷翉椥阅Ａ縖Ec]=3.45×104MPa。按2車道考慮車輛活載，可以計(jì)算出（4#中梁），汽車活載的最大橫向分配系數(shù)為0.391，沖擊系數(shù)[μ]=0.195。二期恒載計(jì)入橋面鋪裝、護(hù)欄、濕接縫等荷載，按每片梁均分二期恒載，計(jì)算每片梁的二期線荷載為12.48 kN/m。車道活載為公路-Ⅰ級(jí)：集中力為314.4 kN，均布荷載為10.5 kN/m，考慮沖擊系數(shù)。經(jīng)計(jì)算，跨中[L2]截面控制彎矩為4 185.70 kN·m，最大位移為-18.801 mm。

單梁荷載試驗(yàn)在簡(jiǎn)支梁模式下加載，受現(xiàn)場(chǎng)條件限制，采用單點(diǎn)加載，試驗(yàn)加載方式如圖4所示。按照規(guī)范要求，加載效率應(yīng)保持在0.95～1.05。根據(jù)跨中截面影響線，按照試驗(yàn)荷載布置進(jìn)行加載，單點(diǎn)加載力[P]=4 185.70×4/38.6=433.75 kN，控制加載效率為1.0。集中力采用千斤頂加載，在[L2]處試驗(yàn)梁頂面用細(xì)沙找平，上鋪鋼板，千斤頂放置在鋼板上，正對(duì)T梁中心位置。用另外一片40 m T梁作為千斤頂施加荷載的反力支承點(diǎn)，千斤頂上面墊鋼板，依靠T梁的自重提供千斤頂?shù)姆戳Α?/p>

（a） 試驗(yàn)加載側(cè)面圖

（b） 試驗(yàn)加載正面圖

2.3 試驗(yàn)儀器與測(cè)試方法

試驗(yàn)混凝土應(yīng)變采用HY65數(shù)碼應(yīng)變傳感器及數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)，混凝土應(yīng)變計(jì)為測(cè)試元件，測(cè)試范圍為（-1 500～+1 500）με，最小讀數(shù)為0.1 με，進(jìn)行自動(dòng)采樣，自動(dòng)記錄附加人工記錄。支點(diǎn)沉降和撓度采用量程為50 mm的HY65數(shù)碼位移傳感器作為測(cè)試元件，進(jìn)行自動(dòng)采樣，自動(dòng)記錄附加人工記錄。集中力[P0]加載采用油壓千斤頂，電動(dòng)油泵加壓，人工通過(guò)標(biāo)定過(guò)的壓力表控制加載和卸載。在試驗(yàn)過(guò)程中，每施加一級(jí)荷載穩(wěn)定5 min后讀數(shù)，之后每間隔5 min讀數(shù)一次，待最后一個(gè)5 min讀數(shù)的變化量小于前一個(gè)的5 min增量的25%時(shí)，認(rèn)為已相對(duì)穩(wěn)定，即可施加下一級(jí)荷載，直至荷載達(dá)到最大試驗(yàn)荷載，卸載也是如此，試驗(yàn)荷載分級(jí)加載如表1所示。

試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生下列情況之一時(shí)，即終止試驗(yàn)：荷載達(dá)到預(yù)定的最大荷載;加載梁出現(xiàn)較大位移，有可能發(fā)生安全問(wèn)題;加載設(shè)備出現(xiàn)異常情況;測(cè)試元件出現(xiàn)異常;出現(xiàn)其他影響試驗(yàn)繼續(xù)正常進(jìn)行的情況。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 位移測(cè)試結(jié)果與分析

位移測(cè)點(diǎn)在各級(jí)加載下的位移測(cè)試值匯總結(jié)果如表2所示。表中，位移符號(hào)定義如下：下?lián)蠟樨?fù)，上拱為正。各控制截面對(duì)支座沉降修正后，實(shí)測(cè)位移、理論值和校驗(yàn)系數(shù)如表2所示。在試驗(yàn)荷載作用下，該梁各測(cè)點(diǎn)的撓度校驗(yàn)系數(shù)保持在0.48～0.64，最大撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.64，小于《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）中規(guī)定的限值1.0[2]，表明該梁剛度滿足設(shè)計(jì)要求;該梁相對(duì)殘余變位最大值為6.62%，小于規(guī)定的限值20%，說(shuō)明該梁在試驗(yàn)荷載下處于彈性工作狀態(tài)。

在各級(jí)荷載作用下，主梁荷載-位移曲線如圖5所示，此時(shí)，位移曲線形狀與理論位移曲線形狀基本一致，受荷載變化規(guī)律影響，[L4]、[L2]和[3L/4]截面的位移與理論值基本符合;在最大荷載作用下，全梁荷載-位移曲線呈中心對(duì)稱，呈拋物線形，符合彈性理論計(jì)算的結(jié)果，說(shuō)明該梁在試驗(yàn)荷載作用下處于彈性狀態(tài)。

3.2 應(yīng)變測(cè)試結(jié)果與分析

取試驗(yàn)荷載下[L4]、[L2]和[3L/4]截面底板下緣2個(gè)應(yīng)變實(shí)測(cè)值的平均值與計(jì)算理論值比較，計(jì)算其校驗(yàn)系數(shù)，結(jié)果如表3所示。該梁測(cè)試截面各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)范圍為0.64～0.72，小于《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）中規(guī)定的限值1.0，表明結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。該梁應(yīng)變相對(duì)殘余比最大值為7.30%，小于規(guī)定的限值20%，說(shuō)明該梁在試驗(yàn)荷載下處于彈性工作狀態(tài)。

3.3 中性軸測(cè)試結(jié)果

根據(jù)[L2]截面混凝土應(yīng)變，推算[L2]截面梁的中性軸位置，如圖6所示。由圖6可知，中性軸位于1.3～1.5 m區(qū)間，與理論計(jì)算中性軸位置1.399 m基本相符。

3.4 裂縫及病害觀測(cè)

在T梁靜載試驗(yàn)過(guò)程中，觀測(cè)關(guān)鍵截面和關(guān)鍵位置裂縫開(kāi)展情況，試驗(yàn)過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)裂縫開(kāi)展現(xiàn)象;對(duì)[L4]截面混凝土空洞露筋修復(fù)區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)觀察，修復(fù)區(qū)域未見(jiàn)病害開(kāi)展;試驗(yàn)加載過(guò)程中，結(jié)果穩(wěn)定，未見(jiàn)異?，F(xiàn)象，試驗(yàn)加載過(guò)程安全[3-4]。

4 結(jié)論

荷載試驗(yàn)是測(cè)定橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量的有效方法，不盡可以驗(yàn)證橋梁結(jié)構(gòu)理論與設(shè)計(jì)方法，還可以檢測(cè)和判斷橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力。本文通過(guò)靜載試驗(yàn)對(duì)缺陷修復(fù)后的40 m T梁進(jìn)行了承載能力評(píng)定，試驗(yàn)結(jié)果表明：在試驗(yàn)荷載作用下，該梁的位移曲線形狀與理論位移曲線形狀基本符合，位移校驗(yàn)系數(shù)介于0.48～0.64，小于1.0，說(shuō)明該梁剛度滿足設(shè)計(jì)要求;在試驗(yàn)荷載作用下，該梁各控制截面測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)介于0.64～0.72，小于1.0，說(shuō)明該梁強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求;該梁位移相對(duì)殘余比、應(yīng)變相對(duì)殘余比最大值均不超過(guò)20%，說(shuō)明該梁在試驗(yàn)荷載下處于彈性工作狀態(tài)。本次試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果表明，主梁的缺陷修復(fù)不影響該梁的總體承載能力，該梁承載能力滿足正常使用的設(shè)計(jì)要求。

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