V 形墩连续刚构桥静荷载试验及分析
2020-06-17
江西正德工程检测有限公司，江西 南昌 330200
多年来，国内V 形墩连续刚构桥已经建成了相当的数量，综合连续刚构桥与斜腿刚构桥双重特性的桥梁即为V 形墩连续刚构桥，为保证桥梁工作的安全性，对新建该结构桥梁必须通过静荷载试验，测验其结构及施工情况，评估桥梁的实际承载力，是评价该结构桥梁质量优劣的关键指标，为质量验收、桥梁运营提供科学的依据［1］。
1 工程概况
桥梁：本桥全长263.80m。
上部结构：25.00m（箱梁）+（30.00m+50.00m+30.00m）（梁拱组合桥）+5m×25.00m（箱梁）。
下部结构：主桥墩：实体墩；
引桥墩：柱式墩；
桥台：重力式台；
基础：桩基础。
铺装：沥青混凝土
伸缩缝：80 型设于9#台处，160 型设于4#墩处
荷载等级：城市—B 级
2 迈达斯模型计算
2.1 有限元模型
根据桥梁的结构形式，采用有限元法分析桥梁在城-B 级荷载作用下，计算桥梁的受力状况，并以此为依据确定实验所选试验截面，采用刚性连接（弹性连接项目中）模拟V 腿与梁结合处，采用单节点模拟V 腿固结竖墩，采用滑动铰支座模拟梁端头的支座，桥墩采用固结处理，桥梁的结构二期荷载按照设计要求施加［2-3］，桥梁迈达斯模型图下图所示：
图1 梁迈达斯模型
2.2 计算结果及分析
参考相关规范的规定，使用建模计算出桥梁受力影响不利位置处的截面［4］。
采用迈达斯软件计算分析，试验选用车辆按照等效荷载（设计荷载）效应确定，对于最大负弯矩的位置选在V 形斜腿的上部。
本次试验选取主桥第二跨J1 截面，支点J2 截面、第三跨J3 截面，测试截面位置示意图所示。
图2 移动荷载弯矩图
图3 静荷载试验控制截面位置图（mm）
1 检测目的
为评定桥梁结构实际的承载能力及工作状况，检验该桥的结构设计与工程质量，核验桥梁结构设计理念和设计方法，确保桥梁施工完成后结构的安全和正常运营，我公司对该桥进行静荷载试验检测，通过试验，以达到如下目的：
（1）通过桥梁静荷载试验，分析与评估其安全和工作性能能否达到设计要求。
（2）为该桥结构的安全和正常运营提供技术支持，并成为该桥的基础信息依据，为大桥的工作性能与使用过程中安全监测等依据。
2 静荷载试验
2.1 静荷载试验测点布置
构件均按照从左到右（面向桥台号增加方向）依次编号。应变测点布置在控制截面箱梁底板，从左到右编号为J1-1～J1-8、J2-1～J2-8、J3-1～J3-8，共24 个测点，测量纵向应变。梁及其他构件均按照从左到右（面向桥台号增加方向）依次编号。挠度测点布置第二跨和第三跨，挠度控制截面箱梁底板，从左到右编号为L1-1～L1-8、L2-1～L2-8，共计16 个位移监测点。
2.2 试验荷载确定
依据相关规范规定，将城市B 级汽车荷载（含汽车冲击力）产生的最不利受力情况作为设计控制截面效应。为确保试验效果，以试验荷载产生的荷载效应与设计控制效应作比较、分析，并采用静荷载试验效率ηq进行控制。
表1 现场试验加载效率汇总表
2.3 结构校验系数
为了检验等效汽车荷载与理论计算值的差异采用主要测点效应校验系数ζ 进行检验：
监控测点效应校验系数ζ 是评定结构运营状况，确定桥梁承载能力的一个主要指标，一般要求效应校验系数ζ 不大于1.0。
根据本次的检验结果，分析J1、J2 监控断面下的各工作主要应变和挠度检测点在各自最不利加载工况下的应变和挠度校核系数，校核系数结果汇总见表2、表3。
表2 应变校验系数结果汇总表
表3 挠度校验系数结果汇总表
由表2、表3 得出：
以上均小于1.00，表明上部结构刚度、强度在等效试验荷载（城市-B 级）作用下性能达到正常的使用要求。
2.4 残余变形分析
分析J1、J2 控制断面的主要应变测点在各自最不利加载工况下的相对残余应变及位移测点在各自最不利加载工况下的数值，结果汇总见表4、表5。
表4 应变相对残余结果汇总表
表5 变位相对残余结果汇总表
由表4 可知，该桥J1 截面左幅应变监测点相对残余应变为0.0%～12.5%、右幅应变监测点相对残余应变为0.0%；J2截面左幅应变监测点相对残余应变为0.0%、右幅应变监测点相对残余应变为0.0%，J3 截面左幅应变监测点相对残余应变为0.0%、右幅应变监测点相对残余应变为0.0%，均满足相关规程规定的20%限值规定要求，证明该桥在试验荷载作用下，具有良好的弹性恢复能力。
由表5 可知，该桥J1 截面左幅位移监测点相对残余变形为5.9%～17.1%之间、右幅位移监测点相对残余变形为5.1%～15.3%之间；J3截面左幅位移监测点相对残余变形为4.6%～9.5%之间、右幅位移监测点相对残余变形为5.3%～9.6%之间，均满足相关规范规定的20%限值规定要求，表明该桥在试验荷载作用下，具有良好的弹性恢复能力。
2.5 裂缝检测
本桥上部结构为预应力混凝土箱梁，检验前检查没有发现梁体受力裂缝，在试验过程中，梁底应变数据未出现突然变大或突然变小的裂缝信号，检测过程中并未在梁体发现裂缝。
3 结论
（1）对该桥进行了静荷载试验，数据变化基本符合线性规定（挠度、应变），卸载后相对残余数值均未超出相关规范容许值，弹性与弹性恢复性能均良好。
（2）该桥J1 截面主要控制监测点应变挠度校验和校验系数系数均小于1.00，表明在试验荷载作用下上部结构强度性能、刚度性能良好，满足正常的使用要求。
（3）该桥J2截面主要控制测点应变校验系数系数小于1.00，表明在试验荷载作用下上部结构强度性能、刚度性能良好，满足正常的使用要求。
（4）该桥J3 截面主要控制测点应变校验系数和挠度校验系数均小1.00，表明在试验荷载作用下上部结构强度性能、刚度性能良好，满足正常的使用要求。
（5）该桥试验前检查未发现梁体受力裂缝，在试验过程中未在梁体发现受力裂缝。
