基于载荷试验的桥梁盖梁承载能力评价

2019-10-21郑杰

计算机辅助工程 2019年3期

郑杰

摘要：针对某桥梁病害失效问题，对桥梁的外观和材质情况进行检测，对拟更换T梁处的盖梁结构进行安全评估。根据理论分析结果确定盖梁测点布置和加载工况，通过载荷试验分析偏载工况和正载工况下盖梁结构的挠度和应变结果。理论分析和试验结果均表明，该桥跨实际承载能力仍满足正常承载要求，可继续使用。

关键词：桥梁; 盖梁; 载荷试验; 承载能力; 挠度; 应变

中图分类号：U448.213; TP202.1

文献标志码：B

Bearing capacity evaluation on bridge capping beam

based on load test

ZHENG Jie

（Zhengzhou Highway Administration Bureau Zhengzhou 450015 China）

Abstract：

As toa bridge failure problem the appearance and material condition of the bridge is checked and the safety assessment of cover beam structure at the location of T beam which is planned to be replaced is carried out. Based on the theoretical analysis results the layout of measuring points and loading conditions of capping beam are determined. The deflection and strain results of the capping beam structure under unbalanced load and normal load conditions are analyzed by load test. Both theoretical analysis and experimental results show that the actual bearing capacity of the bridge span still meets the normal bearing requirements and the capping beam can go on active service.

Key words：

bridge; capping beam; load test; bearing capacity; deflection; strain

0 引言

某公路桥梁位于G207国道上，设计载荷等级为I级，由于T梁病害较严重，拟对上部梁板结构进行更换。为确定更换方法，对盖梁性能进行分析，验证盖梁在当前状态下的承载能力和使用性能。

该桥梁左右幅设置，全长为84.50 m，单幅宽为8.00 m，右幅上部结构为4×20.00 m T梁，先简支后连续结构，单跨为7片。桥梁下部为桩柱式墩台，桥墩均采用普通板式橡胶支座，桥台采用四氟滑板式橡胶支座，采用D80伸缩缝，桥梁结构示意见图1。

20.00 m小箱梁梁高1.20 m，原T梁的梁高为1.30 m，高度较为接近，故初步设计将原T梁更换为小箱梁，同时根据最新规范要求，两侧加装防撞护栏。因为小箱梁结构质量比原T梁结构质量大，所以对桥墩和盖梁的承载要求更高。桥墩结构在服役过程中未发现明显沉降和偏移，可考虑1.25倍的承载能力提高量，满足承载要求，因此本文仅对盖梁性能进行分析。[13]

1 外观检测和标度评定

为在模拟过程中充分体现结构的服役状态和材质变化对结构参数的影响，对桥梁外观质量和材质状况进行分析。

1.1 外观检查结果

根据《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21—2011）[4]要求对桥梁结构进行外观检测，主要存在以下病害：

（1）部分墩顶、盖梁、腹板，尤其是跨中部位，存在不同程度的裂缝，腹板跨中最为严重，达到崩裂程度;

（2）伸缩缝横向开裂，锚固区混凝土开裂，桥台多处存在渗水现象;

（3）支座脱空、缺失，最严重处铺装层错台，3号桥墩墩顶跳车严重。

1.2 结构材质状况抽测结果

为在模拟分析中充分考虑材质变化状况对结构参數的影响，需要检测结构材质状态，如混凝土抗压强度、钢筋锈蚀电位、混凝土电阻率、钢筋混凝土保护层厚度和混凝土碳化深度等[56]，并与《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21—2011）[7]对比分析，进行标度评定。盖梁材质状况检测结果见表1。

混凝土实测抗压强度为20.98 MPa，评定标度为1，说明盖梁混凝土实际强度处于良好状态。盖梁钢筋锈蚀最小电位为-373 mV，评定标度为3，说明盖梁钢筋锈蚀概率大于90%。混凝土最小电阻

率为99 kΩ·cm，评定标度为1，说明盖梁混凝土电阻率引起钢筋的锈蚀速度很慢。钢筋混凝土保护层厚度实测为20.2 mm，略大于设计厚度值，评定标度为1，说明钢筋混凝土保护层厚度对钢筋锈蚀没有影响。混凝土最大碳化深度为16.5 mm，小于设计和实测混凝土保护层厚度值，评定标度为1，说明当前混凝土碳化深度对钢筋锈蚀未造成影响。

2 载荷试验工况分析

通过载荷试验确定桥梁盖梁的承载能力，需要确定加载工况和测试截面。

2.1 加载工况及其布置

2.1.1 加载工况分析

载荷试验的主控截面为盖梁跨中截面[4，8]，加载汽车质量依据主控截面试验载荷效率和实际载荷情况确定为三轴40.0 t车辆。采用MIDAS Civil 进行模拟，控制载荷按照公路I级载荷等效计算。以盖梁跨中截面处盖梁的最大弯矩为例，不同工况下静载荷试验载荷效应与控制载荷效应对比见表2，其中：载荷效率η=试验载荷下的计算值÷控制载荷下的最不利值。

由表2可知，测试截面在试验载荷下的弯矩效应值均达到设计载荷效应的0.95以上，符合《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J2101—2015）[8]对载荷效率满足0.95～1.05的要求，可保证载荷试验的有效性。

2.1.2 加载工况布置

根据I级公路要求，确定加载车辆载荷布置见图2，其中图2a）为1#盖梁跨中截面偏载弯矩最不利位置布载，图2b）为1#盖梁跨中截面正载弯距最不利位置布载。

3.2 测试截面选择及测点布置

2.2.1 测试截面选择

由于3#盖梁处支座脱空造成桥面铺装错台，且跳车现象严重，说明桥梁连续结构已经破坏，所以选择1#盖梁进行载荷试验，观测不同工况条件下控制截面的挠度、应变和裂缝展开情况。设置正载和偏载2种工况，试验控制截面为AA截面、BB截面和CC截面，见图3。

2.2.2 盖梁挠度测点布置

采用静态挠度计测量盖梁控制截面挠度，具体测点布置见图4中W1、W2、W3。

2.2.3 应变测点布置

采用振弦式应变计测量混凝土的应变，应变测点布置示意见图5。

3 静载试验结果分析

3.1 测点竖向挠度分析

载荷试验测量竖向挠度，结果见表3和图6。

从表3和图6可知：在2种工况载荷作用下，控制截面各测点挠度最大校验系数为0.56，最小校验系数为0.04，均小于规范规定的最大值0.90，说明该桥跨实际刚度满足设计要求;控制截面测点最大残余变形为12.50%，小于20%，说明结构处于弹性工作状态。各测点挠度变化趋势与理论分析一致，但均小于理论值，说明结构具有较大的安全冗余，具备继续承载的能力。[9]

3.2 测点应变分析

载荷试验测量应变，结果见表4和图7，其中：负值表示压应变，正值表示拉应变。

从表4和图7可以看出：在2种工况载荷作用下，各测点应变最大校验系数为0.48，最小校验系数为0.24，均小于0.90;考虑盖梁受墩柱与盖梁连接处刚域效应的影响，实际校验系数比实测值要大，但仍在钢筋混凝土桥梁的校验系数容许范围内，说明该桥实际承载能力满足设计要求，具有较大的安全冗余;各测点的最大残余应变为15.63%，小于20%，说明结构处于弹性工作状况。各测点应变变化趋势与理论分析一致，但均小于理论计算值，说明结构具有继续承载的能力。[10]

4 结论

对某桥梁进行外观检测、材质状况分析、结构检算和载荷试验，得到以下结论：

（1）试验实测盖梁跨中挠度校验系数范围为0.07～0.56，满足规范中挠度变形不大于0.90的规定，说明盖梁总体刚度满足正常使用要求。

（2）试验实测各控制截面应变校验系数范围为0.24～0.48，满足规范中应变校验系数不大于0.90的规定，说明该桥各控制截面的弹性满足正常使用要求。

（3）试验盖梁控制截面各测点应变残余变形在1.25%～15.63%区间，挠度残余在3.45%～12.50%区间，满足规范中两者均应在20%以内的规定，说明该桥变形恢复状况良好，满足正常承载要求。

综上所述，盖梁结构能够满足当前载荷工况下的承载能力要求，且具有继续承载的能力。

参考文献：

[1]

罗中华. 双墩柱大悬臂预应力混凝土盖梁载荷试验方法[J]. 中国水运：下半月 2016 16（1）： 320322.

[2] 岳建光. 某既有桥梁的承载力检测与评定研究[J]. 河南科学 2012 30（9）： 12951298.

[3] 王明远孙岩贾黎明. 某桥梁下部结构静载试验研究[J]. 河南科学 2009 27（4）： 465468.

[4] 公路桥梁技术状况评定标准： JTG/T H21—2011[S].