吳帆
(上海隧道工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司,上海市201109)
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,橋梁施工技術(shù)有了很大的提高。混凝土是橋梁施工的基本材料,混凝土的質(zhì)量直接決定了橋梁的施工質(zhì)量?;炷猎谑┕み^程中,很容易產(chǎn)生裂縫,從而影響到結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。而超高性能混凝土是由新型纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料構(gòu)成,與傳統(tǒng)混凝土相比,UHPC具有密實(shí)度高、水化熱作用低、強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)。因此,將其應(yīng)用在橋梁工程中時(shí),能夠提高橋梁的施工質(zhì)量及使用年限。
超高性能混凝土采用高強(qiáng)早強(qiáng)、耐久性好、流動(dòng)性好的材料,材料性能等級(jí)不低于UA級(jí),性能指標(biāo)符合表1的要求。均布于超高性能混凝土基體中的特種纖維為其提供高抗拉強(qiáng)度、類金屬的拉伸應(yīng)變強(qiáng)化、高延性,以及微裂縫多點(diǎn)開裂耗能等特性。
上海袁家河地面橋,采用超高性能混凝土作為橋梁的基本材料,上部結(jié)構(gòu)為簡(jiǎn)支π型梁,單跨結(jié)構(gòu),跨徑22 m,單幅橋面,外側(cè)總寬17.75 m,橋梁與河道正交。上部結(jié)構(gòu)為梁+150 mmC50鋼筋混凝土現(xiàn)澆橋面板組合梁形式。
表1 材料性能指標(biāo)一覽表
為驗(yàn)證材料性能,檢驗(yàn)成橋后結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和抗裂性,對(duì)使用荷載作用下橋梁的響應(yīng)及工作狀況作出綜合評(píng)價(jià),上海隧道工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司對(duì)袁家河橋進(jìn)行了橋梁靜載試驗(yàn)。
根據(jù)該橋梁的基本情況建立有限元模型,按照設(shè)計(jì)圖紙,建立梁格單元,采用鋼筋混凝土板和類工字型梁組成聯(lián)合截面來模擬π型梁,如圖1所示。首先模擬橋梁在設(shè)計(jì)活載作用下的內(nèi)力和位移,然后計(jì)算出等效車輛荷載,進(jìn)行實(shí)橋加載,最后得出校驗(yàn)系數(shù)。
采用大型橋梁計(jì)算軟件Midas Civil對(duì)該橋進(jìn)行荷載試驗(yàn)前的模擬仿真分析,計(jì)算模型在設(shè)計(jì)活載作用下的內(nèi)力和位移包絡(luò)圖,見圖2~圖4所示。
圖1 計(jì)算模型簡(jiǎn)圖
圖2 活載彎矩包絡(luò)圖(單位:kN·m)
圖3 活載剪力包絡(luò)圖(單位:kN)
圖4 位移包絡(luò)圖(單位:mm)
根據(jù)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的初步計(jì)算,采用等效荷載法,利用汽車加載。該項(xiàng)試驗(yàn)加載車輛選用東風(fēng)康明斯大型載重汽車,其中單輛車總重300 kN(前軸重60 kN,中后軸重240 kN,前中軸距350 cm,中后軸距130 cm,車身全長(zhǎng)740 cm)。
標(biāo)準(zhǔn)加載車輛的車型示意圖如圖5、圖6所示。
圖5 30 t車輛標(biāo)準(zhǔn)尺寸圖一(單位:cm)
圖6 30 t車輛標(biāo)準(zhǔn)尺寸圖二(單位:cm)
車隊(duì)縱向布置按各控制截面的影響線進(jìn)行布置。控制截面實(shí)際加載產(chǎn)生的內(nèi)力計(jì)算值除以其在設(shè)計(jì)汽車荷載作用下的計(jì)算值得到荷載效率系數(shù)η。由于實(shí)際車重的偏差,以及設(shè)計(jì)理論計(jì)算中考慮多車道折減等因素,其荷載效率系數(shù)η可能偏離較大。在實(shí)際荷載試驗(yàn)中,通過控制相應(yīng)的加載車輛的數(shù)量及位置使該檢驗(yàn)項(xiàng)目的荷載效率系數(shù)η滿足《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》第8.1.2條規(guī)定,η取值范圍宜介于0.95~1.05之間。圖7、圖8分別為加載車輛橫向與平面布置圖。
圖7 加載車橫向布置圖(單位:mm)
圖8 加載車平面布置圖(單位:mm)
(1)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置見圖9所示。
(2)撓度測(cè)點(diǎn)布置見圖10所示。
圖9 應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置圖
圖10 撓度測(cè)點(diǎn)布置圖
根據(jù)以上所做的準(zhǔn)備工作,選用上述所用汽車荷載及布載方案,進(jìn)行了實(shí)橋的靜力荷載試驗(yàn)。加載車輛進(jìn)場(chǎng)前,必須先稱量每輛車的軸重并記錄編號(hào),要求車輛總重誤差不超過5%。試驗(yàn)時(shí),記錄每個(gè)工況各加載車輛的位置。
加載過程如下:
(1)橋梁空載。根據(jù)總指揮的指令,各測(cè)量組讀取橋梁在空載下的初始讀數(shù),加載車輛在停車場(chǎng)待命。
(2)各測(cè)量組讀取完初始數(shù)據(jù)后,向總指揮匯報(bào),然后總指揮向車輛調(diào)度組下指令,加載車輛逐批進(jìn)場(chǎng)(分兩次逐級(jí)加載),相繼進(jìn)入指定位置。
(3)加載車輛全部到位后,向總指揮報(bào)告??傊笓]下達(dá)指令,各個(gè)測(cè)量小組開始測(cè)量。
(4)各位移測(cè)試小組和應(yīng)力測(cè)試小組讀數(shù)工作結(jié)束后,立刻進(jìn)行計(jì)算,得出本級(jí)加載結(jié)構(gòu)測(cè)試截面的位移和應(yīng)變,并上報(bào)總指揮。同時(shí),其他人員對(duì)橋梁進(jìn)行觀測(cè),若有裂縫明顯增加或其他異常情況及時(shí)向總指揮匯報(bào)。
(5)根據(jù)各個(gè)測(cè)量小組匯報(bào)的測(cè)量結(jié)果,總指揮判斷試驗(yàn)是否正常。如果測(cè)量結(jié)果有異樣,則命令相應(yīng)的小組重新測(cè)量。如果一切正常,則命令加載車輛撤離。該工況結(jié)束。
(6)進(jìn)入下一加載工況,直至試驗(yàn)結(jié)束。
當(dāng)試驗(yàn)過程中,發(fā)生下列情況應(yīng)中途停止加載,及時(shí)找出原因,在確保結(jié)構(gòu)及人員安全的情況下可繼續(xù)試驗(yàn)。
(1)控制測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值已達(dá)到或超過計(jì)算的控制應(yīng)力值時(shí);
(2)控制測(cè)點(diǎn)變位(或撓度)超過規(guī)范允許值時(shí);
(3)由于加載,使結(jié)構(gòu)裂縫的長(zhǎng)度、縫寬急劇增加,新裂縫大量出現(xiàn),縫寬超過允許值的裂縫大量增多,對(duì)結(jié)構(gòu)使用壽命造成較大的影響時(shí)。
該項(xiàng)試驗(yàn)時(shí),未發(fā)生上述三種情況。
表2 試驗(yàn)荷載斷面最不利工況下最不利測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)值與理論值比較表
(1)高性能混凝土橋在設(shè)計(jì)荷載作用下,抗彎承載能力、裂縫開展情況及剛度符合規(guī)范的要求。
(2)高性能混凝土橋在試驗(yàn)荷載下,應(yīng)變、撓度校驗(yàn)系數(shù)均小于1.0,結(jié)構(gòu)實(shí)際剛度優(yōu)于理論計(jì)算,處于彈性工作狀態(tài);試驗(yàn)荷載作用下,結(jié)構(gòu)未新增裂縫。
綜上所述,通過對(duì)該橋的靜載試驗(yàn),以及相應(yīng)的理論計(jì)算分析,根據(jù)有關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求,袁家河橋在靜荷載作用下,結(jié)構(gòu)撓度和應(yīng)變符合規(guī)范要求,為高性能混凝土的設(shè)計(jì)計(jì)算提供了依據(jù)。