預應力混凝土連續剛構橋引橋現場靜力荷載試驗分析

覃廣高

(廣西壯族自治區來賓市武宣公路養護中心,廣西 來賓 545900)

0 引言

隨著國內交通行業的不斷發展,越來越多的老舊橋梁難以滿足當下的通行需要,需要重新進行橋梁安全穩定性評定[1-3]。靜力加載試驗可以有效地反映結構在荷載作用下的力學狀態[4-6],試驗結果可對老舊橋梁的安全性能、維護加固以及日常養護提供科學決策[7-10]。引橋作為橋梁結構主要的組成部分,研究其結構安全特性意義重大?；诖?本文以某地區預應力混凝土連續剛構橋的引橋為研究對象,采用現場靜力荷載試驗的方法對引橋的結構技術狀況和承載能力進行了評定,研究結果可為類似橋梁工程安全評定提供參考和借鑒。

1 工程概況

某特大橋全橋共兩聯,上部構件均為6×20 m先簡支后結構連續T梁+(84+162+84)m預應力混凝土連續剛構。以北側引橋為例,引橋共6聯,使用直徑2 m的樁基,具體如圖1所示。該高速公路設計級別為國家二級公路,設計行車速度是80 km/h,引橋路面長度為0.5 m(防撞護欄)+1.0 m(行人道)+0.5 m(防撞護欄),抗震級別為7級。

2 試驗方法及步驟

2.1 靜力荷載試驗內容

試驗測試內容大致分為三個方面:(1)監測截面的應變;(2)監測截面的撓度;(3)監測裂縫產生情況。

2.2 引橋試驗橋跨及測點布置

(1)撓度測試截面及測點。如圖2所示,分別在J1、J3截面橫向布置5個測點。

(a)引橋立面

(b)引橋橫斷面(cm)

(a)測試截面布置(m)

(2)應變測試截面及測點。如圖3所示,共包括J1～J3三個截面,各布置7個測點,其中混凝土表面的應變測點在圖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 試驗荷載

圖4為試驗車輛示意圖,表1給出了本文靜載試驗選取的試驗車輛信息。

(a)側面

表1 試驗車輛技術參數表

3.2 試驗荷載效率

依據規范《公路橋梁荷載試驗規程》(JTG/T J21-01-2015)要求,靜力荷載試驗效率ηq,取值應該在0.85～1.05,即:

(1)

式中:SS——靜力試驗荷載下的橋梁控制截面位移或者內力的最大計算效應值;

S——最不利效應計算值;

ηq和μ——荷載效率和沖擊系數。

本次靜載試驗荷載效率,如表2所示。需要指出的是,表2中設計控制值是已計入沖擊系數的內力值,即S×(1+μ),其中μ=0.171。本次荷載試驗分為偏載和中載,靜載試驗過程中使用分級加載方法。

表2 引橋靜載試驗荷載效率匯總表

3.3 加載布置

引橋各工況試驗車輛加載布置如圖5～6所示。

(a)工況1 偏左側加載車輛

(b)工況2 中載加載車輛

(c)工況3 偏左側加載車輛

(b)中間

3.4 加載制度

靜載試驗過程中,采用分級加載方法:(1)對加載截面進行1/2～2/3滿載的預加載;(2)按照載重車輛數量對不同工況進行分級加載,共分為3級;(3)針對每個工況進行一次慢速有序卸載。

該靜載試驗包括偏載試驗和靜載試驗測試,如表3所示,為引橋各加載工況布載情況及測試項目表。表中1、2、3……為試驗車編號;YCS1～YCS3為靜載應力(應變)分級測試;NCS1～NCS3為有關測點撓度分級測試;Le為重要工況裂縫觀測。

4 靜力荷載試驗結果分析

本次靜載試驗條件均為晴天,試驗溫度在24 ℃～27 ℃。

表3 引橋各加載工況布載情況及測試項目表

4.1 引橋J1截面試驗結果分析

4.1.1 撓度

表4和5所示為引橋J1截面左側和中間加載撓度試驗結果,撓度向下為正,反之為負,下同。其中實測撓度均為在試驗荷載下的撓度增加量。

表4 J1截面工況1偏左側加載撓度監測結果表

表5 J1截面工況2中載加載撓度監測結果表

由表4和表5可知,J1截面在工況1和工況2荷載作用下實測滿載撓度小于計算滿載撓度,測點撓度校驗系數主要集中在0.47～0.85,且通過計算得到測點的相對殘余撓度均<20%,在卸載之后引橋整體撓度恢復正常狀態。

4.1.2 應變

下頁表6和表7所示為引橋J1截面左側和中間加載應變監測試驗結果,其中實測應變均為在試驗荷載下的應變增加量。已知該橋梁引橋混凝土強度等級為C50,彈模值為3.5×104MPa。

由表6和表7可知,在試驗荷載下,J1截面在工況1和工況2荷載作用下實測滿載應變值小于計算滿載應變值。測點撓度校驗系數主要集中在0.44～0.7,且通過計算得到測點的相對殘余應變均<20%,在卸載之后恢復正常狀態。

表7 J1截面工況2中載加載應變監測結果表

4.1.3 裂縫

通過試驗觀測,在J1截面整個加載卸載過程中未發現有肉眼可見裂縫出現。

綜合上述結果,可以得出該橋梁引橋J1截面的結構剛度滿足規范《公路橋梁荷載試驗規程》(JTG/T J21-01-2015)要求,可正常使用。

4.2 引橋J2、J3截面試驗結果

由于篇幅有限,下面僅給出引橋J2、J3截面試驗結果。

4.2.1 撓度

試驗荷載作用下,J2截面和J3截面的實測滿載撓度均小于計算滿載撓度,主要測點應變校驗系數分別在0.33～0.72和0.60～0.79,且通過計算得到測點的相對殘余撓度均<20%,在卸載之后引橋J2截面和J3截面整體撓度恢復正常狀態。

4.2.2 應變

試驗荷載作用下,J3截面的實測滿載應變值小于計算滿載應變值,主要測點應變校驗系數在0.43～0.70,且通過計算得到測點的相對殘余應變均<20%,在卸載之后恢復正常狀態。

4.2.3 裂縫

通過試驗觀測,在J2截面和J3截面整個加載卸載過程中未發現有肉眼可見裂縫出現。

綜合上述結果,可以得出該橋梁引橋J2截面和J3截面的結構剛度滿足規范《公路橋梁荷載試驗規程》(JTG/T J21-01-2015)要求,可正常使用,同時要做好日常管理養護工作。

5 結語

本文采用現場靜力荷載試驗的方法對某預應力混凝土連續剛構橋引橋的結構技術狀況和承載能力進行了評定,得到以下結論:

(1)試驗荷載下,J1截面、J2截面和J3截面的實測滿載撓度均小于計算滿載撓度,主要測點應變校驗系數分別在0.47～0.85、0.33～0.72和0.60～0.79,通過計算得到測點的相對殘余撓度均<20%,在卸載之后恢復正常狀態。

(2)試驗荷載下,J1截面、J3截面的實測滿載應變值小于計算滿載應變值,主要測點應變校驗系數分別在0.44～0.70和0.43～0.70,通過計算得到測點的相對殘余應變均<20%,在卸載之后恢復正常狀態。

(3)試驗橋跨在加載過程中,J1截面、J2截面和J3截面均未發現肉眼可見裂縫。

(4)該橋梁引橋各試驗截面的結構剛度滿足規范要求,具備正常通行條件。