預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋引橋現(xiàn)場(chǎng)靜力荷載試驗(yàn)分析

覃廣高

(廣西壯族自治區(qū)來賓市武宣公路養(yǎng)護(hù)中心,廣西 來賓 545900)

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)交通行業(yè)的不斷發(fā)展,越來越多的老舊橋梁難以滿足當(dāng)下的通行需要,需要重新進(jìn)行橋梁安全穩(wěn)定性評(píng)定[1-3]。靜力加載試驗(yàn)可以有效地反映結(jié)構(gòu)在荷載作用下的力學(xué)狀態(tài)[4-6],試驗(yàn)結(jié)果可對(duì)老舊橋梁的安全性能、維護(hù)加固以及日常養(yǎng)護(hù)提供科學(xué)決策[7-10]。引橋作為橋梁結(jié)構(gòu)主要的組成部分,研究其結(jié)構(gòu)安全特性意義重大。基于此,本文以某地區(qū)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的引橋?yàn)檠芯繉?duì)象,采用現(xiàn)場(chǎng)靜力荷載試驗(yàn)的方法對(duì)引橋的結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況和承載能力進(jìn)行了評(píng)定,研究結(jié)果可為類似橋梁工程安全評(píng)定提供參考和借鑒。

1 工程概況

某特大橋全橋共兩聯(lián),上部構(gòu)件均為6×20 m先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)T梁+(84+162+84)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)。以北側(cè)引橋?yàn)槔?引橋共6聯(lián),使用直徑2 m的樁基,具體如圖1所示。該高速公路設(shè)計(jì)級(jí)別為國(guó)家二級(jí)公路,設(shè)計(jì)行車速度是80 km/h,引橋路面長(zhǎng)度為0.5 m(防撞護(hù)欄)+1.0 m(行人道)+0.5 m(防撞護(hù)欄),抗震級(jí)別為7級(jí)。

2 試驗(yàn)方法及步驟

2.1 靜力荷載試驗(yàn)內(nèi)容

試驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容大致分為三個(gè)方面:(1)監(jiān)測(cè)截面的應(yīng)變;(2)監(jiān)測(cè)截面的撓度;(3)監(jiān)測(cè)裂縫產(chǎn)生情況。

2.2 引橋試驗(yàn)橋跨及測(cè)點(diǎn)布置

(1)撓度測(cè)試截面及測(cè)點(diǎn)。如圖2所示,分別在J1、J3截面橫向布置5個(gè)測(cè)點(diǎn)。

(a)引橋立面

(b)引橋橫斷面(cm)

(a)測(cè)試截面布置(m)

(2)應(yīng)變測(cè)試截面及測(cè)點(diǎn)。如圖3所示,共包括J1～J3三個(gè)截面,各布置7個(gè)測(cè)點(diǎn),其中混凝土表面的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)在圖3中用“-”表示。

(a)引橋截面(m)

(b)J1截面

(c)J2截面

(d)J3截面

3 靜力荷載過程

3.1 試驗(yàn)荷載

圖4為試驗(yàn)車輛示意圖,表1給出了本文靜載試驗(yàn)選取的試驗(yàn)車輛信息。

(a)側(cè)面

表1 試驗(yàn)車輛技術(shù)參數(shù)表

3.2 試驗(yàn)荷載效率

依據(jù)規(guī)范《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》(JTG/T J21-01-2015)要求,靜力荷載試驗(yàn)效率ηq,取值應(yīng)該在0.85～1.05,即:

(1)

式中:SS——靜力試驗(yàn)荷載下的橋梁控制截面位移或者內(nèi)力的最大計(jì)算效應(yīng)值;

S——最不利效應(yīng)計(jì)算值;

ηq和μ——荷載效率和沖擊系數(shù)。

本次靜載試驗(yàn)荷載效率,如表2所示。需要指出的是,表2中設(shè)計(jì)控制值是已計(jì)入沖擊系數(shù)的內(nèi)力值,即S×(1+μ),其中μ=0.171。本次荷載試驗(yàn)分為偏載和中載,靜載試驗(yàn)過程中使用分級(jí)加載方法。

表2 引橋靜載試驗(yàn)荷載效率匯總表

3.3 加載布置

引橋各工況試驗(yàn)車輛加載布置如圖5～6所示。

(a)工況1 偏左側(cè)加載車輛

(b)工況2 中載加載車輛

(c)工況3 偏左側(cè)加載車輛

(b)中間

3.4 加載制度

靜載試驗(yàn)過程中,采用分級(jí)加載方法:(1)對(duì)加載截面進(jìn)行1/2～2/3滿載的預(yù)加載;(2)按照載重車輛數(shù)量對(duì)不同工況進(jìn)行分級(jí)加載,共分為3級(jí);(3)針對(duì)每個(gè)工況進(jìn)行一次慢速有序卸載。

該靜載試驗(yàn)包括偏載試驗(yàn)和靜載試驗(yàn)測(cè)試,如表3所示,為引橋各加載工況布載情況及測(cè)試項(xiàng)目表。表中1、2、3……為試驗(yàn)車編號(hào);YCS1～YCS3為靜載應(yīng)力(應(yīng)變)分級(jí)測(cè)試;NCS1～NCS3為有關(guān)測(cè)點(diǎn)撓度分級(jí)測(cè)試;Le為重要工況裂縫觀測(cè)。

4 靜力荷載試驗(yàn)結(jié)果分析

本次靜載試驗(yàn)條件均為晴天,試驗(yàn)溫度在24 ℃～27 ℃。

表3 引橋各加載工況布載情況及測(cè)試項(xiàng)目表

4.1 引橋J1截面試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1.1 撓度

表4和5所示為引橋J1截面左側(cè)和中間加載撓度試驗(yàn)結(jié)果,撓度向下為正,反之為負(fù),下同。其中實(shí)測(cè)撓度均為在試驗(yàn)荷載下的撓度增加量。

表4 J1截面工況1偏左側(cè)加載撓度監(jiān)測(cè)結(jié)果表

表5 J1截面工況2中載加載撓度監(jiān)測(cè)結(jié)果表

由表4和表5可知,J1截面在工況1和工況2荷載作用下實(shí)測(cè)滿載撓度小于計(jì)算滿載撓度,測(cè)點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)主要集中在0.47～0.85,且通過計(jì)算得到測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余撓度均<20%,在卸載之后引橋整體撓度恢復(fù)正常狀態(tài)。

4.1.2 應(yīng)變

下頁表6和表7所示為引橋J1截面左側(cè)和中間加載應(yīng)變監(jiān)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果,其中實(shí)測(cè)應(yīng)變均為在試驗(yàn)荷載下的應(yīng)變?cè)黾恿俊Ｒ阎摌蛄阂龢蚧炷翉?qiáng)度等級(jí)為C50,彈模值為3.5×104MPa。

由表6和表7可知,在試驗(yàn)荷載下,J1截面在工況1和工況2荷載作用下實(shí)測(cè)滿載應(yīng)變值小于計(jì)算滿載應(yīng)變值。測(cè)點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)主要集中在0.44～0.7,且通過計(jì)算得到測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余應(yīng)變均<20%,在卸載之后恢復(fù)正常狀態(tài)。

表7 J1截面工況2中載加載應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果表

4.1.3 裂縫

通過試驗(yàn)觀測(cè),在J1截面整個(gè)加載卸載過程中未發(fā)現(xiàn)有肉眼可見裂縫出現(xiàn)。

綜合上述結(jié)果,可以得出該橋梁引橋J1截面的結(jié)構(gòu)剛度滿足規(guī)范《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》(JTG/T J21-01-2015)要求,可正常使用。

4.2 引橋J2、J3截面試驗(yàn)結(jié)果

由于篇幅有限,下面僅給出引橋J2、J3截面試驗(yàn)結(jié)果。

4.2.1 撓度

試驗(yàn)荷載作用下,J2截面和J3截面的實(shí)測(cè)滿載撓度均小于計(jì)算滿載撓度,主要測(cè)點(diǎn)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)分別在0.33～0.72和0.60～0.79,且通過計(jì)算得到測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余撓度均<20%,在卸載之后引橋J2截面和J3截面整體撓度恢復(fù)正常狀態(tài)。

4.2.2 應(yīng)變

試驗(yàn)荷載作用下,J3截面的實(shí)測(cè)滿載應(yīng)變值小于計(jì)算滿載應(yīng)變值,主要測(cè)點(diǎn)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.43～0.70,且通過計(jì)算得到測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余應(yīng)變均<20%,在卸載之后恢復(fù)正常狀態(tài)。

4.2.3 裂縫

通過試驗(yàn)觀測(cè),在J2截面和J3截面整個(gè)加載卸載過程中未發(fā)現(xiàn)有肉眼可見裂縫出現(xiàn)。

綜合上述結(jié)果,可以得出該橋梁引橋J2截面和J3截面的結(jié)構(gòu)剛度滿足規(guī)范《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》(JTG/T J21-01-2015)要求,可正常使用,同時(shí)要做好日常管理養(yǎng)護(hù)工作。

5 結(jié)語

本文采用現(xiàn)場(chǎng)靜力荷載試驗(yàn)的方法對(duì)某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋引橋的結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況和承載能力進(jìn)行了評(píng)定,得到以下結(jié)論:

(1)試驗(yàn)荷載下,J1截面、J2截面和J3截面的實(shí)測(cè)滿載撓度均小于計(jì)算滿載撓度,主要測(cè)點(diǎn)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)分別在0.47～0.85、0.33～0.72和0.60～0.79,通過計(jì)算得到測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余撓度均<20%,在卸載之后恢復(fù)正常狀態(tài)。

(2)試驗(yàn)荷載下,J1截面、J3截面的實(shí)測(cè)滿載應(yīng)變值小于計(jì)算滿載應(yīng)變值,主要測(cè)點(diǎn)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)分別在0.44～0.70和0.43～0.70,通過計(jì)算得到測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余應(yīng)變均<20%,在卸載之后恢復(fù)正常狀態(tài)。

(3)試驗(yàn)橋跨在加載過程中,J1截面、J2截面和J3截面均未發(fā)現(xiàn)肉眼可見裂縫。

(4)該橋梁引橋各試驗(yàn)截面的結(jié)構(gòu)剛度滿足規(guī)范要求,具備正常通行條件。