某黃河特大橋主橋靜載試驗(yàn)檢測(cè)評(píng)定

李國(guó)柱 李深圳 鄭博文

（河南交院工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 451460）

0 引言

近些年，隨著河南省高速公路里程的不斷增加，新建高速公路復(fù)雜結(jié)構(gòu)橋梁跨越山谷、河流，解決了偏遠(yuǎn)地區(qū)交通不便的難題，為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展做出巨大的貢獻(xiàn)。為掌握新建復(fù)雜結(jié)構(gòu)橋梁成橋后的承載力情況，以及橋梁施工監(jiān)控合龍后橋梁應(yīng)力分布是否合理，需要對(duì)新建橋梁進(jìn)行靜荷載試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)橋梁的質(zhì)量是否符合設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，積累初始資料，為工程驗(yàn)收、質(zhì)量評(píng)定和長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)提供原始數(shù)據(jù)，為橋梁的正確使用和維修、管理提供依據(jù)［1］。

本文依托河南高速公路“13445工程”某高速公路黃河特大橋項(xiàng)目，對(duì)黃河特大橋主橋進(jìn)行交工前成橋質(zhì)量驗(yàn)收工作。該黃河特大橋結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，跨徑組合為10 跨一聯(lián)連續(xù)剛構(gòu)橋，受溫度影響較大，冬季與夏季橋梁混凝土縱向伸縮量較大，需要在橋頭安裝伸縮量較大的伸縮縫，該橋在全國(guó)此類橋型結(jié)構(gòu)（剛構(gòu)橋連續(xù)跨較多）中排名前三。本研究分析該橋靜載試驗(yàn)采集數(shù)據(jù)與理論計(jì)算數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，驗(yàn)證該橋承載力狀況是否滿足相關(guān)規(guī)范要求。通過(guò)分析研究結(jié)果，建議后期橋梁養(yǎng)護(hù)過(guò)程中安裝橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)橋梁進(jìn)行實(shí)時(shí)安全預(yù)警，并按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行定期檢測(cè)。

1 工程概況

某黃河特大橋于2020 年建成通車，橋梁左幅長(zhǎng)1 136.65 m，右幅長(zhǎng)1 156.65 m，跨黃河主橋上部結(jié)構(gòu)采用（77+8×120+77）m 懸臂變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，引橋上部結(jié)構(gòu)為20 m 預(yù)制小箱梁。荷載等級(jí)為公路-Ⅰ級(jí)，橋梁凈度為2×15.5 m，為雙向六車道高速公路。

該項(xiàng)目橋梁為單箱單室，變截面箱梁底板線形為二次拋物線，由跨中箱梁梁高3.0 m 漸變成主墩處箱梁梁高7.2 m。在主墩墩頂0#塊處箱梁設(shè)置1.5 m 厚的橫隔板，共有兩個(gè)，間距為4.0 m；邊跨端部設(shè)置1.6 m 厚的橫隔板；中跨跨中設(shè)置厚0.3 m 的橫隔板。箱梁頂板設(shè)置坡度為2%的橫坡，變截面箱梁底板是水平的。箱梁設(shè)置為三向受力預(yù)應(yīng)力筋（縱、橫及豎向）。

2 靜載試驗(yàn)

2.1 靜載試驗(yàn)理論

靜載試驗(yàn)首先是經(jīng)理論計(jì)算設(shè)計(jì)荷載作用在結(jié)構(gòu)物上最不利截面的內(nèi)力（應(yīng)變、應(yīng)力）及變位（撓度），再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)加載的方式，用特定精密儀器測(cè)定結(jié)構(gòu)物相關(guān)截面的內(nèi)力（應(yīng)變、應(yīng)力）及變形（撓度）等參數(shù)的變化，用實(shí)際測(cè)量值與理論值的比值得出校驗(yàn)系數(shù)來(lái)評(píng)估結(jié)構(gòu)的承載力狀況［2］。

靜載試驗(yàn)荷載效率?q的計(jì)算見(jiàn)式（1）［1］。

式中：Ss為現(xiàn)場(chǎng)加載時(shí)對(duì)應(yīng)加載最不利截面的應(yīng)變（應(yīng)力）、變位等參數(shù)對(duì)應(yīng)的最大荷載作用值；S為控制荷載產(chǎn)生的同一加載最不利截面應(yīng)變（應(yīng)力）、變位等的最不利效應(yīng)計(jì)算值；μ為橋梁規(guī)范規(guī)定的沖擊系數(shù)。新建橋梁在交工的成橋試驗(yàn)荷載效率?q的取值宜為0.85～1.05，依照規(guī)范要求計(jì)算荷載效應(yīng)。

靜載試驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中有兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)：變位（撓度）、應(yīng)變（應(yīng)力）。橋梁的剛度指標(biāo)通過(guò)撓度變化來(lái)判定，橋梁的強(qiáng)度指標(biāo)通過(guò)應(yīng)變（應(yīng)力）變化來(lái)判定；橋梁的彈性指標(biāo)優(yōu)良通過(guò)相對(duì)殘余系數(shù)來(lái)判定。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)分析圍繞這3 個(gè)參數(shù)綜合評(píng)定橋梁質(zhì)量。

本次靜載試驗(yàn)選取3 軸載重車作為加載車輛，加載車輛的數(shù)量由荷載等級(jí)按照公路-Ⅰ級(jí)進(jìn)行確定，經(jīng)有限元軟件計(jì)算等效荷載選擇8 輛3 軸加載車輛，每輛加載車重45 t。試驗(yàn)加載車輛相關(guān)信息參數(shù)見(jiàn)表1。由于工況較多，篇幅有限，僅對(duì)正載試驗(yàn)進(jìn)行分析，試驗(yàn)荷載加載效率見(jiàn)表2。由表2 可知，該黃河特大橋靜載試驗(yàn)的加載效率在0.85～1.05之間，滿足《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》（JTG∕T J21-01—2015）的要求。

表1 試驗(yàn)車輛信息

表2 試驗(yàn)荷載加載效率

2.2 靜載試驗(yàn)布置方案

根據(jù)某黃河特大橋受力特征計(jì)算最不利受力截面特征，本次靜載試驗(yàn)選取該橋前四跨（第1、2、3、4 跨）最不利截面最大彎矩處指定截面作為研究對(duì)象。測(cè)試項(xiàng)目為應(yīng)變、撓度相對(duì)殘余系數(shù)［3-5］。試驗(yàn)跨指定截面布置如圖1 所示，指定截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置如圖2 所示，指定截面撓度測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示。橋梁檢測(cè)指定截面位置的布設(shè)滿足相關(guān)規(guī)范要求，應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的選擇滿足平面假定原理的相關(guān)規(guī)定。

圖1 橋梁1～4跨試驗(yàn)截面圖（單位：m）

圖2 指定截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)

圖3 指定截面撓度測(cè)點(diǎn)（單位：cm）

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 撓度分析結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試撓度數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)溫度修正及相關(guān)處理得出，在工況1～4荷載作用下，指定截面1～4相應(yīng)測(cè)點(diǎn)的撓度實(shí)測(cè)值與理論值見(jiàn)表3。

表3 工況1～4荷載作用下各測(cè)點(diǎn)撓度值及分析

為了更直觀地了解此數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)表格關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得出指定截面1～4 相應(yīng)測(cè)點(diǎn)的撓度實(shí)測(cè)值與理論值橫向分布曲線如圖4所示。

圖4 指定截面1～4相應(yīng)測(cè)點(diǎn)的撓度實(shí)測(cè)值與理論值橫向分布曲線

由圖4 可知，指定截面1～4 各測(cè)點(diǎn)撓度值變化趨勢(shì)與理論值基本一致，說(shuō)明荷載橫向分布趨于均勻，測(cè)點(diǎn)變形協(xié)調(diào)性較好，橋梁該項(xiàng)指標(biāo)正常，后期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可參考該數(shù)據(jù)來(lái)判定橋梁剛度退化情況。由表3 可知，指定截面1～4 各測(cè)點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.38～0.73 之間，滿足《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》（JTG∕T J21-01—2015）中小于1 的規(guī)定，說(shuō)明橋梁剛度滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，橋梁承載能力安全儲(chǔ)備充足。位移相對(duì)殘余最大值為6.11%，滿足《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》（JTG∕T J21-01—2015）中20%的規(guī)定，說(shuō)明橋梁工作時(shí)處于彈性狀態(tài)。

3.2 應(yīng)變分析結(jié)果

應(yīng)變值經(jīng)過(guò)溫度修正，在工況1～4 荷載作用下，指定截面1～4 相應(yīng)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變實(shí)測(cè)值與理論值見(jiàn)表4。由表4可知，指定截面1～4各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.45～0.71 之間，滿足《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》（JTG∕T J21-01—2015）中小于1 的規(guī)定，說(shuō)明橋梁強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。位移相對(duì)殘余最大值為11.67%，滿足《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》（JTG∕T J21-01—2015）中20%的規(guī)定，說(shuō)明橋梁工作時(shí)處于彈性狀態(tài)。

表4 工況1～4荷載作用下各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變值及分析

4 結(jié)論

①通過(guò)對(duì)某黃河特大橋靜載試驗(yàn)進(jìn)行分析，得出該橋在公路-Ⅰ級(jí)等效荷載作用下，應(yīng)變、撓度校驗(yàn)系數(shù)均小于1，滿足《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》（JTG∕T J21-01—2015）的相關(guān)要求，說(shuō)明橋梁的剛度、強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求，并且橋梁承載力安全儲(chǔ)備存在富余。應(yīng)變、撓度相關(guān)殘余系數(shù)均小于20%，說(shuō)明橋梁工作時(shí)處于彈性狀態(tài)。

②通過(guò)對(duì)某黃河特大橋復(fù)雜結(jié)構(gòu)受力體系進(jìn)行靜載試驗(yàn)研究，評(píng)價(jià)新建橋梁工程質(zhì)量，為類似橋梁工程質(zhì)量評(píng)價(jià)提供參考。

③該橋梁結(jié)構(gòu)受力結(jié)構(gòu)復(fù)雜，溫度效應(yīng)敏感性強(qiáng)，橋梁縱向變位較大。隨著時(shí)間的推移，混凝土的收縮徐變會(huì)引起橋梁預(yù)應(yīng)力損失，橋梁跨中撓度將會(huì)出現(xiàn)下?lián)锨闆r。建議后期養(yǎng)護(hù)時(shí)安裝健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁伸縮縫、橋梁跨中撓度、關(guān)鍵部位應(yīng)力及動(dòng)態(tài)參數(shù)變化情況。