高速公路特大橋靜力荷載試驗(yàn)研究

毛 亮

(河北省遷安市交通運(yùn)輸局)

公路橋梁的靜力荷載試驗(yàn)是將靜止荷載作用到橋梁上指定位置上，目的是測試出結(jié)構(gòu)的靜應(yīng)變、靜位移以及裂縫等，從而能夠推斷出橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的工作狀態(tài)以及使用能力。通常情況下是以緩速行駛到橋上的特定載重級別的車輛荷載作為靜載，以達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康摹Ｒ愿咚俟诽卮髽蚶秊閷χ仂o力荷載試驗(yàn)進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

1 橋梁概況

某特大橋位于冀魯界段高速公路，與河流交角70°，橋梁全長1 057 m。其上部結(jié)構(gòu)為30～35 m預(yù)應(yīng)力混凝土先簡支后連續(xù)小箱梁，下部橋臺(tái)采用肋板式橋臺(tái)。橋梁設(shè)計(jì)荷載為公路I級，設(shè)計(jì)車速120 km/h。

2 靜力荷載試驗(yàn)概況

荷載試驗(yàn)時(shí)全橋已全部建成具備了通車條件，試驗(yàn)前根據(jù)全橋質(zhì)量狀況并結(jié)合現(xiàn)場情況，選取上行方向?yàn)楹奢d試驗(yàn)橋孔。試驗(yàn)工作主要包含前期準(zhǔn)備及現(xiàn)場實(shí)施兩部分，前期準(zhǔn)備包括結(jié)構(gòu)計(jì)算、測試截面及加載方式的確定等，現(xiàn)場實(shí)施內(nèi)容為靜載試驗(yàn)。

3 靜載試驗(yàn)

3.1 靜載試驗(yàn)概況

(1)靜載試驗(yàn)內(nèi)容

該特大橋全橋共30跨，根據(jù)現(xiàn)場條件及結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，選取上行方向?yàn)樵囼?yàn)孔，主要測試截面及內(nèi)容如下。

第8孔跨中截面(A截面)測試箱梁側(cè)面應(yīng)變沿截面高度的變化及箱梁底撓度，上行方向JS8橋墩附近截面(B截面)的加載沉降，JS7墩頂截面(C截面)，測試應(yīng)變沿梁高范圍內(nèi)的應(yīng)變變化情況及墩處的加載沉降，第7跨(JS6-JS7)L/2截面(D截面)的撓度變化。

(2)測試截面

測試截面如圖1所示。

(3)加載車概況

本次靜載試驗(yàn)采用8輛約35 t重車進(jìn)行加載。

圖1 連續(xù)箱梁測試截面布置示意圖

3.2 靜載試驗(yàn)結(jié)果

(1)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁A截面承載能力測試

對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁(JS7—JS8)上行第8跨A截面(L/2)進(jìn)行偏心加載，測試A截面的應(yīng)變、B、C(支點(diǎn))截面沉降、D截面撓度等。

用6輛加載車對A截面進(jìn)行偏心加載，分級荷載試驗(yàn)。

(2)A截面測試結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

實(shí)測A截面各測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)變值可知截面各測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)變殘余均較小，說明測試截面變形處于彈性工作狀態(tài)。根據(jù)A截面各測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)變值繪制1#梁外側(cè)實(shí)測應(yīng)變沿截面高度變化圖2，給出了最大級加載工況下1#梁外側(cè)實(shí)測應(yīng)變沿截面高度的變化情況。

圖2 1#梁外側(cè)實(shí)測應(yīng)變沿截面高度變化圖

從圖2可以看出，1#梁外側(cè)實(shí)測應(yīng)變沿截面高度基本呈線性變化，滿足平截面假定，從圖3中可以查出實(shí)測中性軸高度為1.22m，比理論值1.17m略大，說明橋面鋪裝和防撞護(hù)欄等參與了結(jié)構(gòu)受力。

經(jīng)現(xiàn)場觀測，在各級偏心試驗(yàn)荷載加載過程中，試驗(yàn)孔A截面小箱梁下緣未產(chǎn)生裂縫。

通過分析A截面各測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)變值及圖2中數(shù)據(jù)可知，在各級偏心荷載作用下，A截面梁側(cè)及梁底各應(yīng)變測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)變不大、分布及變化較均勻，無畸變及退化現(xiàn)象，橋梁結(jié)構(gòu)處于正常工作狀態(tài)。

根據(jù)A截面撓度測點(diǎn)在各級偏心荷載下的實(shí)測撓度值可知，實(shí)測撓度殘余較小，相對殘余均＜10%，滿足試驗(yàn)規(guī)范的要求，說明結(jié)構(gòu)整體處于彈性工作狀態(tài)。圖3為在A截面偏心加載工況下A截面各測點(diǎn)的撓度實(shí)測值與理論值的比較圖。

圖3 A截面偏心加載各梁實(shí)測撓度與理論值對比圖

從圖3中可以看出，A截面梁底測點(diǎn)在各級加載下各數(shù)值連線曲線光滑，規(guī)律性強(qiáng)，且各級荷載的撓度曲線均遠(yuǎn)小于理論計(jì)算值。故可推斷試驗(yàn)孔梁體剛度良好，并存在較大的安全儲(chǔ)備，各片箱梁間連接性能良好。

在實(shí)測最大級偏心試驗(yàn)荷載作用下，該橋1#～5#箱梁計(jì)算撓度值依次為17.60 mm，16.64 mm，12.97 mm，7.62 mm，4.88 mm，與實(shí)測值作比可以求出以上5片箱梁撓度校驗(yàn)系數(shù)分別為 0.5，0.48，0.49，0.66，0.81。以上校驗(yàn)系數(shù)除4#、5#梁外均比《評定規(guī)程》中規(guī)定的預(yù)應(yīng)力混凝土橋結(jié)構(gòu)撓度校驗(yàn)系數(shù)范圍(0.60～1.00)略低，說明該橋試驗(yàn)孔梁體剛度較大，并存在一定的安全儲(chǔ)備。

截面實(shí)測最大撓度為 9.02 mm，遠(yuǎn)小于 L/600=35 000 mm/600=58.3 mm，結(jié)構(gòu)剛度滿足要求。

3.3 小結(jié)

從圖2中可看出，在最大級偏心作用下A截面邊梁側(cè)面實(shí)測中性軸高度分別為1.22 m和1.21 m，略高于理論計(jì)算值1.17 m。箱梁側(cè)面實(shí)測應(yīng)變值沿截面高度基本呈線性變化，滿足平截面假定，說明小箱梁結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。通過試驗(yàn)加載過程中對A截面小箱梁下緣的觀察，無任何裂縫出現(xiàn)，可知上部結(jié)構(gòu)小箱梁抗裂性滿足要求。

撓度校驗(yàn)系數(shù)偏低的原因分析起來主要為，(1)小箱梁結(jié)構(gòu)自身的剛度較大。(2)本橋施工質(zhì)量較好，橋梁的橫向聯(lián)結(jié)與整體性良好。(3)橋面鋪裝與防撞護(hù)欄在成橋階段與箱梁一起參與了結(jié)構(gòu)受力。同時(shí)，結(jié)合以往類似工程檢測經(jīng)驗(yàn)，可知出現(xiàn)撓度校驗(yàn)系數(shù)偏低的情況是符合橋梁實(shí)際剛度情況的，也說明橋梁剛度較好。

圖3中撓度數(shù)據(jù)可以看出，在偏心及對稱荷載的作用下，跨中截面(A測試斷面)梁底撓度測點(diǎn)實(shí)測數(shù)值連線光滑而有規(guī)律，與理論計(jì)算值總體趨勢一致且均小于理論值。

通過以上對撓度和應(yīng)變數(shù)據(jù)分析可知，橋面鋪裝與防撞護(hù)欄參與了上部結(jié)構(gòu)受力，小箱梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度及抗裂性均滿足設(shè)計(jì)要求，且存在一定安全儲(chǔ)備，試驗(yàn)孔加載時(shí)上部結(jié)構(gòu)及現(xiàn)澆縫處于正常工作狀態(tài)。

4 檢測結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

通過對高速公路某特大橋荷載試驗(yàn)的實(shí)測數(shù)據(jù)與理論計(jì)算對比、分析可以得出以下結(jié)論。

(1)該橋的箱梁強(qiáng)度測試結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度較高，且具有一定的安全儲(chǔ)備。(2)該橋的撓度測試結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)剛度較大，橫向連接及整體性良好。(3)該橋的動(dòng)載測試結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，具備安全舒適行車的條件。

綜上所述，該橋的承載能力滿足設(shè)計(jì)要求，具備設(shè)計(jì)荷載作用下的通行能力。

4.2 建議

為了提高該橋結(jié)構(gòu)的使用耐久性，應(yīng)加強(qiáng)橋梁的后期養(yǎng)護(hù)與管理，保證本橋的長期安全、正常運(yùn)營。

總之荷載試驗(yàn)是檢驗(yàn)橋梁工程設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)受力性能的重要手段，其結(jié)果是工程交竣工驗(yàn)收的主要依據(jù)之一，對橋梁營運(yùn)養(yǎng)護(hù)與長期監(jiān)測工作也有著十分重要的指導(dǎo)意義。

［1］ 潘美萍.廣西某大型斜拉橋靜載試驗(yàn)監(jiān)測與分析［J］.地礦測繪，2010，(3).

［2］ 黃華通.武漢某橋橋梁荷載試驗(yàn)分析［J］.山西建筑，2007，(27).

［3］ 鄭偉.關(guān)于公路橋梁荷載試驗(yàn)相關(guān)問題的討論［J］.山西建筑，2009，(28).