广西某高桩码头原位荷载试验研究

廖德华，杨董为

(广西交科集团有限公司,广西 南宁 530007)

0 引言

近年来，随着广西经济水平的快速提高，到港船舶逐渐向现代化、大型化发展，不少港口码头超负荷运转，年久失修，局部构件老化受损严重，部分失去了原有结构的承载能力，迫切需要科学评定其现状的承载能力，以便对其进行升级加固改造，从而保障码头生产运营的安全。

影响老旧码头结构承载能力的因素复杂众多，包括结构疲劳、材料腐蚀劣化(常规病害)等。目前针对老旧码头常规检测评估手段主要有混凝土强度检测、外观检查、变位变形测量和结构验算等，这些方法可在一定程度上反映老旧码头的使用状态，但均存在一定的局限性，无法真实反映码头结构老化程度和实际承载能力[1]，尤其是在开展资料缺乏的老旧码头评估时，常规检测手段无法对其承载能力进行准确评定。时蓓玲等[2-3]根据高桩码头检测评估特点，总结了一套高桩码头结构承载力检测与评估方法，并结合实例对某高桩码头承载力进行了检测评估。金时峰等[4]利用原位荷载对加固后的高桩码头轨道梁正常工作能力进行了评定。李沛等[5]采用原位荷载试验方法，从安全承载能力角度对升级改造后的码头进行了评价，并提出了修复和加固的建议。对于老旧码头来说，进行原位荷载试验是最直接、直观的检测评估方法，其评估结果也是最为可靠的，本文针对广西水运现状发展现状，选取较有代表性的典型工程实例，采用原位荷载试验方法，对广西某高桩码头现状结构承载能力进行评定，试验报告于2019-11-19通过了行业专家评审。目前，虽然该方法在广西区内高桩码头检测评估中的应用较少，但其对高桩码头结构交竣工验收具有一定的指导意义，也可为类似工程结构评估提供参考。

1 试验概况

1.1 工程概况

该试验码头为1 000吨级散货泊位，采用现浇梁板桩框架式结构，码头前沿安装10 t固定吊。码头顺岸布置4榀排架，排架间距均为8.6 m，从临河侧至靠岸侧依次为A～C列桩，A和B列桩中心距为7.5 m，B和C列桩中心距为8.5 m，现浇面板、横梁、纵梁、联系梁、立柱为C40混凝土。码头断、立面图如图1所示。

1.2 试验方案

1.2.1 试验荷载

根据码头的设计资料，码头设计荷载为：10 t固定吊(垂直力850 kN，水平力65 kN，倾覆力矩1 850 kN·m)+20 kPa均布荷载。

1.2.2 试验参数

静载试验通过测试设计荷载作用下截面的应变和竖向位移，反映结构整体和局部受力状况，与理论计算值进行比较，以达到分析和推断结构实际工作状态的目的。当码头结构整体性较好，材料劣化不严重时，结构基本处于弹性工作状态，各测试物理量(内力与变形)随荷载增加的变化曲线接近于直线；当结构整体性下降，材料劣化越严重时，各测试物理量随荷载增加的变化曲线偏离直线，结构处于非线弹性工作状态，构件承载力下降[3]。

本次试验选取3轴横梁BC段为试验梁段，横梁截面尺寸为2.2 m×1.2 m，B和C列桩中心距为8.5 m，按照码头结构的最不利受力原则和代表性原则，选择B和C列桩中间位置作为测试截面，测试内容为设计荷载作用下的梁段整体位移和试验截面挠度、应变。截面应变采用混凝土电阻式应变片测量，沿试验截面左右两侧对称布设10个单向应变测点，布置于梁底面及两侧面；在梁底布设两个YHD-50位移传感器；于试验横梁梁端顶部中心各设置一个沉降测点，采用电子水准仪进行测量；利用DH3819多功能静态应变测试系统采集应变片和位移传感器数据，记录试验截面的参数结果。测点布置如图2所示。

注：图中▲表示竖向位移测点，↓为沉降测点，测点上带“#”数字为测点编号

1.2.3 试验方法

利用有限元方法计算得出试验梁段在设计荷载作用下的截面应力及竖向位移值，采用等效荷载的原理，通过载重车辆模拟等效加载至设计荷载，荷载效率值保持在0.95～1.05区间；加载前首先对试验梁段进行外观检查，记录裂缝等常见病害；试验过程中，测量裂缝开展情况，对比前后变化。为保证试验安全，避免过载引起码头损坏，采用分级加载的方式，每一级荷载持荷时间≥5 min，在每一级加载稳定后，记录相关测点的应变和挠度值，与计算理论值进行比较，根据弹性力学原理，确认车辆产生的应力和挠度在正常的范围之内，且未出现明显变形，裂缝的长度、宽度或数量无明显增加现象，再进行下一级加载[4]。见表1。

表1 静载试验工况及荷载试验效率表

2 试验结果分析

2.1 试验梁段整体位移结果分析

在逐级加载时，每次加载到试验加载值之后，持荷稳定5 min，再进行下一级加载。1#、2#沉降测点实测绝对沉降量如图3所示，从图中结果可知：试验梁段1#、2#沉降测点的实测绝对沉降量整体变化趋势基本一致，均随荷载增大而增加，卸载后增加的绝对沉降量基本恢复，记录的实测最大沉降量为0.03 mm。

图3 分级加载沉降量变化图(mm)

2.2 试验梁段挠度结果分析

在截面最大正弯矩工况下，试验截面挠度试验结果和理论计算值如表2所示。由试验结果可知，1#、2#测点实测弹性挠度值均小于理论计算挠度值，挠度校验系数<1.0，结构具有一定的安全储备；卸载后，挠度基本恢复，相对残余挠度<20%，试验梁段在加载过程中始终处于线弹性工作状态。

表2 截面底部挠度结果表

2.3 试验梁段应变结果分析

在截面最大正弯矩工况下，截面底部应变测量结果和理论计算值如表3所示。5#、6#测点实测应变值均小于理论计算应变值，应变校验系数<1.0，相对残余应变<20%，梁段截面处于线弹性工作范围之内，结构整体性良好。

表3 截面底部应变结果表

为了解应变沿截面高度分布情况，在截面最大正弯矩工况下，截面左右两侧各应变测点沿截面高度分布如图4所示。通过对截面左右两侧测点和底面测点应变数据分析，得出应变沿截面高度的分布特征。根据理论计算结果，中性轴位于距底部高1.515 m处，利用线性回归方法，得出左侧1#～5#中性轴位置为距底部高1.412 m处，右侧1#～5#中性轴位置为距底部高1.443 m处。整体来看，应变沿截面高度基本呈线性分布规律，符合平截面假定。

(a)从下到上为5#、4#、3#、2#、1#测点

2.4 结构承载力评估

试验结果表明，在设计荷载作用下：试验截面的挠度校验系数、应变校验系数均<1.0，相对残余挠度、相对残余应变均<20%，梁段整体沉降量随荷载增大而增大，卸载后基本恢复，试验梁段整体刚度、强度大于理论计算值，结构处于线弹性受力状态，具备一定的安全富余，满足设计荷载正常使用的要求。

3 结语

本文通过原位荷载试验的方法，根据结构受力特征选取试验梁段截面，利用载重车辆等效分级加载，得出截面最大正弯矩工况下梁段整体沉降，以及试验截面挠度及应变结果。试验结果表明：梁段整体位移，截面应变、挠度均小于理论计算值，结构整体处于线弹性工作状态；试验梁段实际承载能力、整体刚度、强度满足设计荷载正常使用的要求，具备一定的安全富余。