雙層橋面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛桁橋靜載試驗(yàn)分析

侯 攀，彭放枚，蒙方成

(1.廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西 南寧 530029；2.廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530003)

雙層橋面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛桁橋靜載試驗(yàn)分析

侯 攀1，彭放枚2，蒙方成1

(1.廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西 南寧 530029；2.廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530003)

與普通的靜載試驗(yàn)不同，雙層橋面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛桁橋靜載試驗(yàn)有其獨(dú)特的特征。文章以某雙層橋面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛桁橋?yàn)槔?，闡述了其靜載試驗(yàn)的內(nèi)容和方法，并通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析比較，對(duì)橋梁的工作性能作出了評(píng)價(jià)，為采用靜載試驗(yàn)評(píng)定雙層橋面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛桁橋的工作性能提供參考。

剛桁橋；雙層橋面；靜載試驗(yàn)；工作性能

0 引言

隨著我國(guó)交通事業(yè)的迅速發(fā)展，橋梁的種類和數(shù)量越來越多，而橋梁通車后在使用過程中的安全問題也越來越受到重視。橋梁荷載試驗(yàn)是直接對(duì)橋梁進(jìn)行加載，再進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試、記錄，最后對(duì)承載能力和使用性能進(jìn)行分析，從而推斷出橋梁的工作狀態(tài)。本文結(jié)合某雙層橋面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛桁橋?qū)嵗?，以靜載試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，分析橋梁的工作性能，為同類橋梁的靜載試驗(yàn)提供技術(shù)參考。

1 工程概況

大橋于1995年7月建成通車，全橋長(zhǎng)785.5 m，主橋跨徑組合為(60+3×100+60)m，主橋?yàn)槠叫邢译p層橋面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛桁橋，中跨跨中設(shè)置擺柱鉸。橋面橫向全寬采用兩縱向桁片支承聯(lián)接，其高度為6.35 m，桁片橫向通過橫向安裝行車道、人行道板、橫向橋面鋼筋網(wǎng)和施加橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋聯(lián)成整體。上弦桿為U形斷面，下弦桿為帶缺口矩形斷面。橋高40 m，主墩為4樁式高樁承臺(tái)，樁徑為2.2 m。橋面凈寬為：上層機(jī)動(dòng)車道為凈8.0 m(彎道兩側(cè)各加寬0.75 m)，下層人行、自行車道為凈5.0 m。主橋橋型布置情況見圖1。

圖1 主橋橋型布置圖(單位：cm)

2 靜載試驗(yàn)

靜載試驗(yàn)是使試驗(yàn)荷載在指定位置對(duì)橋梁進(jìn)行加載，測(cè)試橋面撓度、梁體控制截面應(yīng)變的增量，確定橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)與設(shè)計(jì)期望值是否相符，并判定結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量、運(yùn)營(yíng)安全度。它是檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度等的最直接、有效的方法。

2.1 試驗(yàn)內(nèi)容

2.1.1 構(gòu)件應(yīng)變測(cè)試內(nèi)容

外觀檢測(cè)結(jié)果表明右桁片病害較多，本次靜載試驗(yàn)控制桿件主要選取右桁片，選取如圖2中A～F截面的相應(yīng)桿件進(jìn)行應(yīng)變測(cè)試。

圖2 主橋靜態(tài)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置圖

2.1.2 結(jié)構(gòu)變形測(cè)試內(nèi)容

主橋撓度測(cè)點(diǎn)在縱橋向上分別布置在3#跨、4#跨的四等分點(diǎn)，2#跨和5#跨跨中以及2#～4#墩支點(diǎn)，1#～11#測(cè)點(diǎn)為右桁片測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)均布置于上弦桿底部，粘貼棱鏡，采用全站儀進(jìn)行測(cè)量。

為測(cè)試試驗(yàn)荷載下擺柱鉸的工作性能，本次試驗(yàn)在左、右桁片擺柱均設(shè)置變形測(cè)點(diǎn)，測(cè)試在荷載作用下，擺柱鉸的豎向變形及相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)變形，測(cè)點(diǎn)布置示意圖見圖3。其中W1～W4分別測(cè)試上下端擺柱縱橋向相對(duì)位移，W5～W6測(cè)試擺柱的豎向總變形，W7～W8測(cè)試下擺柱的豎向變形。

圖3 擺柱性能測(cè)點(diǎn)布置圖

2.1.3 桿件裂縫測(cè)點(diǎn)布置

本橋拱下弦桿與下弦桿交接處普遍開裂，豎桿及斜桿也出現(xiàn)超限裂縫。為了解荷載作用下裂縫的發(fā)展?fàn)顩r，本次試驗(yàn)對(duì)重要結(jié)構(gòu)的裂縫進(jìn)行了荷載作用下的寬度及相對(duì)位移觀測(cè)，裂縫監(jiān)測(cè)位置示意圖見圖4，裂縫處傳感器布置示意圖見圖5。

圖4 裂縫監(jiān)測(cè)部位示意圖

圖5 裂縫處傳感器布置示意圖

2.2 試驗(yàn)荷載及加載工況

為了確定各種工況的最不利等效荷載，采用橋梁計(jì)算軟件MIDAS建立有限元模型，共采用750個(gè)節(jié)點(diǎn)，1 015個(gè)單元，計(jì)算在設(shè)計(jì)荷載作用下的各控制截面的最大設(shè)計(jì)彎矩，按影響線采用等效加載方式確定實(shí)際加載車輛數(shù)及其縱向布置(見圖6)。結(jié)合該橋?qū)嶋H情況及試驗(yàn)特點(diǎn)，選擇4種最不利荷載進(jìn)行靜載試驗(yàn)，靜載試驗(yàn)工況如表1所示。本次荷載試驗(yàn)共采用6輛29 t雙后軸載重車。

圖6 主橋有限元計(jì)算模型圖

表1 靜載試驗(yàn)工況說明及荷載試驗(yàn)效率表

注：控制項(xiàng)目軸力受拉為正，受壓為負(fù)，單位為kN；彎矩以截面下緣受拉為正，受壓為負(fù)，單位為kN·m；撓度以向下為正、向上為負(fù)，單位為mm。

3 靜載試驗(yàn)結(jié)果與分析

校驗(yàn)系數(shù)是反映靜載試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)有效性以及結(jié)構(gòu)受力合理性的一個(gè)重要參數(shù)，它是某一測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)值與相應(yīng)的理論計(jì)算值的比值，實(shí)測(cè)值可以是撓度、位移、應(yīng)力或力的大小。結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下產(chǎn)生效應(yīng)(應(yīng)力、撓度)的理論值是按照實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸建立的有限元模型計(jì)算得到的。

3.1 應(yīng)變結(jié)果分析

各試驗(yàn)工況荷載作用下各測(cè)試截面實(shí)測(cè)應(yīng)變結(jié)果見表2，試驗(yàn)結(jié)果表明：

(1)控制截面測(cè)點(diǎn)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.28～0.88之間，說明試驗(yàn)橋跨控制截面的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)控制截面相對(duì)殘余應(yīng)變均<20%，說明試驗(yàn)橋跨結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

3.2 結(jié)構(gòu)變形結(jié)果分析

3.2.1 主橋撓度測(cè)試結(jié)果分析

各試驗(yàn)工況作用下，主橋撓度測(cè)試結(jié)果見表3，試驗(yàn)結(jié)果表明：

(1)控制截面撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.19～0.49之間，說明試驗(yàn)橋跨的剛度滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)各控制截面的相對(duì)殘余撓度均<20%，說明試驗(yàn)跨結(jié)構(gòu)處在彈性變形范圍之內(nèi)。

表2 靜載試驗(yàn)各工況控制截面應(yīng)變測(cè)試結(jié)果表

表3 靜載試驗(yàn)各工況主橋撓度測(cè)量結(jié)果表

3.2.2 擺柱鉸變形測(cè)試結(jié)果分析

擺柱鉸變形測(cè)試結(jié)果見表4，試驗(yàn)結(jié)果表明：

(1)擺柱鉸在試驗(yàn)荷載作用下，最大縱橋向位移0.37 mm，卸載后基本恢復(fù)；最大壓縮量為0.10 mm，卸載后基本恢復(fù)。

(2)結(jié)合前文擺柱混凝土應(yīng)變測(cè)試結(jié)果及主橋撓度測(cè)試結(jié)果，該橋擺柱工作性能良好。

表4 靜載試驗(yàn)工況1擺柱鉸變形性能觀測(cè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量結(jié)果表

3.3 裂縫觀測(cè)結(jié)果分析

裂縫觀測(cè)結(jié)果見表5，試驗(yàn)結(jié)果表明，在荷載作用下，被監(jiān)測(cè)裂縫寬度變化幅度較小，裂縫最大寬度為0.082 mm，拱下弦桿與下弦桿裂縫監(jiān)測(cè)部位1-1處裂縫最大開展寬度為0.082 mm，裂縫縱橋向相對(duì)位移最大為0.276 mm，所有裂縫在卸載之后基本恢復(fù)。

表5 靜載試驗(yàn)各工況裂縫觀測(cè)點(diǎn)測(cè)量結(jié)果表(mm)

注：表中的數(shù)值除7號(hào)外，正值為裂縫寬度增加，負(fù)值為裂縫寬度減小。

4 結(jié)語

通過對(duì)主橋結(jié)構(gòu)分析及靜載試驗(yàn)結(jié)果分析，對(duì)該橋提出以下建議：

(1)按照現(xiàn)行《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》(JTG H11-2004)等相關(guān)規(guī)范及文件的要求，做好橋梁日常養(yǎng)護(hù)管理工作；

(2)主橋桁片連接件多為預(yù)制拼裝構(gòu)件，存在較多體內(nèi)預(yù)應(yīng)力束，建議對(duì)預(yù)制拼裝連接縫加強(qiáng)觀測(cè)；

(3)主橋桁片較多桿件出現(xiàn)裂縫，建議加強(qiáng)裂縫觀測(cè)，并監(jiān)控裂縫的發(fā)展，選擇合適的時(shí)機(jī)對(duì)裂縫進(jìn)行處理；

(4)拱下弦桿與下弦桿連接處存在裂縫且在試驗(yàn)荷載作用下呈發(fā)展趨勢(shì)，建議對(duì)該部位進(jìn)行及時(shí)加固；

(5)擺柱鉸的正常工作對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)的安全至關(guān)重要，擺柱上、下端的鉸接處為檢測(cè)盲區(qū)，擺柱內(nèi)的豎向預(yù)應(yīng)力鋼束在該區(qū)域存在應(yīng)力突變且屬于防腐薄弱區(qū)，現(xiàn)有無損檢測(cè)技術(shù)無法探明該部位預(yù)應(yīng)力鋼束的損傷情況，建議對(duì)擺柱鉸今后的工作性能予以重視；

(6)建議對(duì)主橋預(yù)制拼裝連接縫、擺柱較以及桿件關(guān)鍵結(jié)點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)，以保證結(jié)構(gòu)安全；

(7)建議加強(qiáng)橋梁運(yùn)營(yíng)管理，嚴(yán)禁超載超速，以保證橋梁結(jié)構(gòu)安全。

[1]彭放枚，侯 攀.大跨度連續(xù)梁橋靜載試驗(yàn)及承載能力評(píng)價(jià)[J].管理學(xué)家，2014(11)：287.

[2]劉龍飛.雙層橋面連續(xù)剛桁橋的設(shè)計(jì)與施工[J].公路，1996(5)：1-6.

[3]邱國(guó)陽，徐 驄.大跨高墩連續(xù)鋼構(gòu)橋和在試驗(yàn)與評(píng)價(jià)[J].中國(guó)水運(yùn)，2012，12(2)：180-186.

[4]JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Static Load Test of Double-layer Deck Prestressed Concrete Continuous Rigid Truss Bridge

HOU Pan1，PENG Fang-mei2，MENG Fang-cheng1

(1.Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029；2.Guangxi Polytechnic of Construction，Nanning，Guangxi，530003)

Different from ordinary static load test，the static load test of double-layer deck prestressed con-crete continuous rigid truss bridge has its own unique characteristics.Taking a double-layer deck prestressed concrete continuous rigid truss bridge as the example，this article described the contents and methods of its static load test，and through the analysis and comparison of test results，it evaluated the work performance of bridges，thereby providing the reference for using the static load test to evaluate the work performance of double-layer deck prestressed concrete continuous rigid truss bridge.

Rigid truss bridge；Double-layer deck；Static load test；Work performance

U448.22+

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.04.016

1673-4874(2015)04-0055-04

2015-03-07

侯 攀，助理工程師，碩士，主要從事橋梁檢測(cè)及加固研究工作。