成都某跨线桥荷载试验分析

2016-04-28邓静

四川建筑 2016年1期

关键词：试验

邓　静

(成都市兴蓉安科建设工程有限公司, 四川成都 610000)

成都某跨线桥荷载试验分析

邓静

(成都市兴蓉安科建设工程有限公司, 四川成都 610000)

【摘要】通过静载试验全面了解桥梁结构在静载作用下的实际工作状况，评价其工作性能。

【关键词】跨线桥;静载;试验

1工程概况

该桥全长469.96 m，桥梁上部结构为预应力混凝土(C40)连续箱梁，下部结构为双柱墩，设置隐形盖梁，桥台为轻型桥台，台后接路肩挡土墙，全桥基础采用挖孔桩基础，桩为端承桩，桩底进入中风化泥岩。全桥上部孔跨布置为5×20 m一联，4×20 m+2×21.5 m一联及5×20 m一联共16孔(图1)，箱梁高1.2 m，盖梁设置为预应力盖梁。桥墩直径为1.2 m，墩台桩径为1.5 m。设计荷载等级为城-A级荷载。

图1　连续梁布置

2试验目的与试验项目

2.1试验目的

(1)通过静载试验，全面了解桥梁结构在静载作用下的实际工作状况，从而判断桥梁结构的安全承载能力，评价其在设计使用荷载下的工作性能。

(2)为桥梁养护管理提供技术依据。

2.2试验项目

选取桥梁的第三联第5跨(边跨)、第二联第1跨(跨径较大牛腿跨)和第一联第5跨(近牛腿跨)进行荷载试验。根据连续箱梁桥的受力特点和受力性能，本次试验主要完成以下项目：

(1)结构控制截面的最大应力(或应变)，评定桥梁结构强度是否满足设计要求；

(2)结构的最大挠度和变形，评定桥梁结构刚度是否满足设计要求。

3试验工况

根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》，选定典型内力或位移控制截面进行试验。桥梁试验各跨测试控制截面A1、B1、C1、A2、B2、C2、A3的位置分别如图2、图3所示。其中A1截面离伸缩缝9.3 m，A2截面离5#墩柱中心线10 m，A3截面离5#墩柱中心线9 m。B1、B2截面离最近墩柱中心线1.6 m，C1截面离伸缩缝2.0 m，C2截面离最近墩柱中心线2.5 m(即下牛腿根部)。

图2　控制截面位置示意图一

图3　控制截面位置示意图二

本试验按连续梁桥的主要试验内容确定静载试验工况，共安排10个工况。

(1)第三联第5跨(边跨)安排4个试验工况，试验工况号及控制内力如下：

工况1: 跨中附近截面A1最大正弯矩(正载)。

工况2: 跨中附近截面A1最大正弯矩(偏载)。

工况3: 边跨墩支点附近截面B1最大负弯矩工况(正载)。

工况10: 16#桥墩(台)支点附近截面C1最大剪力工况(正载)。

(2)第二联第1跨(跨径较大牛腿跨)安排4个试验工况，试验工况号及控制内力如下：

工况4: 跨中附近截面A2最大正弯矩工况(正载)。

工况5: 跨中附近截面A2最大正弯矩工况(偏载)。

工况6: 6#墩支点附近截面B2最大负弯矩工况(正载)。

工况7: 5#墩支点附近截面C2最大剪力工况(正载)。

(3)第一联第5跨(近牛腿跨)安排2个试验工况，试验工况号及控制内力如下:

工况8: 跨中附近截面A3最大正弯矩工况(正载)。

工况9: 跨中附近截面A3最大正弯矩工况(偏载)。

4加载荷载

4.1荷载试验的加载原则

为达到试验数据稳定和试验安全之目的，根据经验对加载程序作如下安排：(1)在试验开始前，用单辆试验车低速往返多次通过试验桥梁，以消除部分残余应力，起到使试验数据稳定的效果；(2)为保证试验安全，避免过载引起桥梁损坏，其试验车辆将采取分批加载。事先计算出各工况下全部车辆引起控制截面的应变与挠度，在部分试验车辆到位后，测量相关的应变和挠度，将其与计算值进行比较，按弹性力学原理，确认全部车辆产生的应力在计算估计的范围之内后，再让全部试验车辆到位。

4.2试验加载用车

本次试验采用5辆400 kN双后轴载重车(图4)。主要技术指标如下:

轴距：前轴距中轴3.3 m；中轴距后轴1.30 m。

图4　400 kN加载汽车轴重、尺寸示意

轴重：前轴80 kN；中轴160 kN；后轴160 kN。

4.3荷载效率

各工况下试验所需加载车辆的数量，将根据设计标准活荷载产生的最不利效应值按下式所定原则等效换算而得。

(1)

式中：η为静力试验荷载效率系数；Sstat为试验荷载作用下，检测部位变位或内力的计算值；S为设计标准活荷载作用下，检测部位变位或内力的计算值(不计冲击作用时)；μ为设计取用的冲击系数。

依据式(1)的要求，计算各工况的加载车辆数和荷载效率系数。

十陵立交桥荷载试验各静载试验工况的控制截面、控制项目、加载车辆数、荷载效率系数和加载方式如表1所示。

5试验方法

5.1桥梁挠度和横向位移

在各试验工况下，加载前、加载中和卸载后分别对桥梁挠度进行测量。桥面挠度测点分别位于试验跨的L/4、跨中、3L/4、支座和相邻跨相关截面的桥面边缘，采用精密水准仪测量。跨中截面的箱梁底部位移和第一联第5跨(近牛腿跨)的水平位移采用位移计测量。

第三联第5跨(边跨)挠度测点布置如图5所示，第二联第1跨(牛腿跨)、第一联第5跨(近牛腿跨)的挠度测点布置如图6所示。

表1　静载工况及效率系数一览表

图5　第三联第5跨挠度测点布置

图6　第一联第5跨、第二联第1跨挠度测点布置

挠度和位移测量方法：采用精密水准仪、位移计、全站仪等进行挠度和位移测量。其中空心圆示意为桥面挠度测点；实心圆示意为箱梁底板测点；空心圆加叉为水平位移测点；黑三角为桥面全站仪测点。

5.2应变测量

在各试验工况下，加载前、加载中和卸载后分别对桥梁结构应变进行测量。桥梁混凝土表面的应变测点，分别位于试验跨的控制截面的箱梁底板下缘、翼板下缘及腹板外侧面，以及牛腿支座附近箱梁截面B2的中性轴处。

在跨中附近正弯矩控制截面A1、A2、A3的混凝土表面，布置纵向电阻式混凝土应变片;在截面A1、A2、A3的箱梁底板下缘纵向钢筋上，布置纵向电阻式钢筋应变片(图7)。图中： “—”和“〇”分别表示箱梁混凝土表面顺桥向应变片和主筋顺桥向应变片。

图7　A1、A2、A3截面纵向应变片布置

在负弯矩控制截面B1、B2的混凝土表面的应变测点处，纵向布置混凝土电阻式应变片(图8)。

图8　B1、B2截面纵向应变片布置

在剪力控制截面C1的中性轴处，布置混凝土电阻式直角应变花(图9)。

图9　C1截面直角应变花布置

在剪力控制截面C2的中性轴处，布置混凝土电阻式直角应变花(图10)。

图10C2截面直角应变花布置

5.3温度观测

试验过程中观测桥梁左右幅结构温度，并根据测试结果调整温度补偿片的数量及放置位置。

6静载试验结果与分析

6.1应变测试结果及分析

本试验采用Dp818静态应变数据自动采集仪对各工况下各测点的加载应变和卸载后各点的应变进行了测量，桥体结构的实际残余应变为卸载后的应变值减去仪器的初读值，各测点的应变值及按上述方法计算出的残余应变值具体测量数据省略。

第三联第5跨(边跨)底板混凝土各测点的残余应变加权平均值为0.5 με，而试验底板应变加权平均值为27.5 με，相对残余变形(残余应变与测试应变之比)为1.82 %。第三联第5跨底板纵向钢筋各测点的残余应变加权平均值为0 με，而试验底板应变加权平均值为72 με，相对残余变形(残余应变与测试应变之比)为0 %。

第二联第1跨(牛腿跨)底板混凝土各测点的残余应变加权平均值为0.25 με，而试验底板应变加权平均值为21.75 με，相对残余变形(残余应变与测试应变之比)为1.15 %。第二联第1跨底板纵向钢筋各测点的残余应变加权平均值为2 με，而试验底板应变加权平均值为35 με，相对残余变形(残余应变与测试应变之比)为5.71 %。

第一联第5跨(近牛腿跨)底板混凝土各测点的残余应变加权平均值为1.25 με，而试验底板应变加权平均值为19.75 με，相对残余变形(残余应变与测试应变之比)为6.33 %。第一联第5跨底板纵向钢筋各测点的残余应变加权平均值为1 με，而试验底板应变加权平均值为59 με，相对残余变形(残余应变与测试应变之比)为1.69 %。

通过剪切截面C的应变花的应变可以计算此处的主应变。布置在箱梁C截面侧面上0°、90°和45°(或-45°)方向的应变片，其对应的实测应变用 ε0、ε90和ε45(或ε-45)表示，于是有：

测点的主应变为：

由表算得C1截面各测点的主应变分别为：1#为17 με；2#为24 με；3#为24 με。该3测点的理论主应变均为21.7 με。

由以上应变测量结果可知，相对残余变形小于控制值20 %，说明该桥梁结构在城-A级荷载作用下具有较好的弹性恢复能力。

箱梁跨中截面底板下缘测点在各工况下的应变测量值与计算值具体测量数据省略。

跨中截面底板下缘混凝土测点的应变校验系数多数在0.52～0.90之间，少数测点校验系数大于0.90，符合《大跨径混凝土桥梁的试验方法》中规定的1.05上限；跨中截面底板下缘钢筋测点的应变校验系数在0.77～1.31之间，多数测点校验系数大于0.90。

A1截面底板下缘的混凝土实测应变均小于钢筋实测应变，这表明：由于底板下缘混凝土裂缝(宽度0.1～0.2 mm)的出现，使得混凝土的受力有所削弱。此现象亦符合规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》采用的裂缝宽度计算理论。

综合各控制截面的应变值及应变校验系数的分析，表明桥梁城-A级标准荷载作用下结构跨中附近是安全的,具有一定的安全承载储备，强度能满足正常使用要求。

6.2箱梁底板挠度测试结果及分析

本试验采用Dp818静态应变数据自动采集仪对各工况下各挠度测点的加载挠度和卸载后各点的挠度进行了测量。桥体结构的实际残余挠度为卸载后的挠度值减去仪器的挠度初读值。各测点的挠度值省略。