王前東
(河南省收費(fèi)還貸高速公路管理中心 河南 鄭州 450016)
某上承式鋼筋混凝土連拱拱橋,拱肋采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),橋跨組成為32.5m+3×35m+32.5m,寬39.5m,全橋長(zhǎng)181m。每跨有10片拱肋,中間六片為“工”字型,兩側(cè)各兩片拱肋為矩形。外側(cè)拱肋與人行道主縱梁組成拱梁組合結(jié)構(gòu),內(nèi)側(cè)拱肋無(wú)縱梁,拱肋上設(shè)立柱、橫撐和蓋梁。立柱蓋梁、人行道主縱梁采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑,其余構(gòu)件預(yù)制拼裝,拱肋分兩段預(yù)制,跨中1m采用濕接縫澆筑,拱腳固結(jié),現(xiàn)場(chǎng)澆筑。橋梁桿件編號(hào)示意圖如圖1所示。
圖1 橋梁桿件編號(hào)示意圖
(1)拱肋總體外觀較好,無(wú)明顯變形、裂縫產(chǎn)生。拱腳與拱座界面有少量微細(xì)環(huán)形裂縫,如2號(hào)孔7#拱片在1#墩拱座上有1條裂縫,4號(hào)孔1#拱片在3#墩拱座上有1條裂縫和3#拱片在4#墩拱座上有1條裂縫,縫寬均為0.1mm;
(2)橫撐除露筋外,無(wú)明顯病害;
(3)蓋梁鋼筋外露,2號(hào)孔蓋梁底出現(xiàn)沿桿件方向縱向早期干縮裂縫,分別位于1#蓋梁和6#蓋梁上,縫寬0.1~0.2mm;
(4)2號(hào)孔拱頂附近立柱斜向裂縫共13條,沿桿件方向裂縫2條,縫寬最大0.15mm;3號(hào)孔拱頂附近立柱斜向裂縫共10條,縫寬0.10mm,其中1條縫寬為0.3mm;4號(hào)孔拱頂附近立柱斜向裂縫共24條,縫寬最大0.20mm。
本橋結(jié)構(gòu)計(jì)算采用MIDAS CIVIL 2010,結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖2所示,全橋共劃分790個(gè)節(jié)點(diǎn),938個(gè)梁?jiǎn)卧?。?jīng)查閱設(shè)計(jì)資料,本橋設(shè)計(jì)荷載為汽車(chē)-超20級(jí),人群荷載3.5kN/m2。根據(jù)汽車(chē)荷載的彎矩包絡(luò)圖和軸力包絡(luò)圖,確定測(cè)試截面如圖3所示。其中應(yīng)力采用混凝土表面式電阻應(yīng)變片測(cè)量,撓度采用百分表測(cè)量,同時(shí)在3號(hào)拱肋拱腳處布置水平和豎向百分表,測(cè)試拱腳位移。
圖2 機(jī)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖
圖3 測(cè)試截面布置圖(cm)
3.1 加載車(chē)輛
采用等效荷載法,采用均為30t重的汽車(chē)組成的汽車(chē)車(chē)隊(duì)進(jìn)行加載。加載車(chē)輛進(jìn)場(chǎng)前先稱(chēng)量每輛車(chē)的軸重并記錄編號(hào),保證車(chē)輛總重誤差不超過(guò)5%,并盡可能使荷載效率系數(shù)η 在 0.9~1.0 之間, 以滿(mǎn)足基本荷載試驗(yàn) 0.8≤η≤1.05 的規(guī)定。
3.2 加載工況
工況一:測(cè)試1-1截面的最小負(fù)彎矩對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力和4-4截面的軸力。
工況二:測(cè)試1-1截面的最小軸力對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力和2-2截面的最大正彎矩對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力和位移。
工況三:測(cè)試3-3截面的最大正彎矩對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力和位移。
工況四:測(cè)試在3-3截面的最小正彎矩對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力和位移。
3.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析
選取工況三作用下的計(jì)算結(jié)果及實(shí)測(cè)值見(jiàn)表1、表2所列,其校驗(yàn)系數(shù)ξ=實(shí)測(cè)值/理論值。
表1 工況三2號(hào)拱肋3-3截面應(yīng)力數(shù)據(jù)分析
結(jié)構(gòu)應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)小于1,說(shuō)明結(jié)構(gòu)的承載能力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)荷載使用要求,相對(duì)殘余應(yīng)力小于20%,結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。
表2 工況三拱肋截面位移數(shù)據(jù)分析
結(jié)構(gòu)位移校驗(yàn)系數(shù)小于1,說(shuō)明結(jié)構(gòu)的剛度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)荷載使用要求,結(jié)構(gòu)相對(duì)殘余變形1.18%,小于20%,結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。
4.1 通過(guò)靜載試驗(yàn),在對(duì)大量的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析的基礎(chǔ)上得到以下幾點(diǎn)結(jié)論:
(1)各測(cè)試截面的應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)ξ均小于1,說(shuō)明結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,具有一定的安全儲(chǔ)備;
(2)各撓度測(cè)試截面的撓度校驗(yàn)系數(shù)ξ均小于1,說(shuō)明結(jié)構(gòu)的剛度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,剛度較好;
(3)本橋相對(duì)殘余變位較小,說(shuō)明橋梁處于彈性工作狀態(tài);
(4)實(shí)測(cè)撓度所測(cè)算的活載橫向分布系數(shù)與理論計(jì)算的活載橫向分布系數(shù)吻合較好,說(shuō)明大橋的整體受力性能較好;
(5)試驗(yàn)前主拱肋未發(fā)現(xiàn)裂縫,試驗(yàn)時(shí)對(duì)3號(hào)拱肋控制截面進(jìn)行觀察也未發(fā)現(xiàn)裂縫,試驗(yàn)后亦未發(fā)現(xiàn)裂縫;經(jīng)觀測(cè),在荷載試驗(yàn)期間立柱斜裂縫寬度未發(fā)生明顯變化;
(6)綜上所述,銀湖大橋各項(xiàng)測(cè)試結(jié)果均滿(mǎn)足試驗(yàn)規(guī)范、規(guī)程的要求,能夠滿(mǎn)足汽車(chē)-超20級(jí),掛車(chē)-120,人群荷載3.5kN/m2的設(shè)計(jì)荷載正常使用的要求;
(7)通過(guò)前期檢查和試驗(yàn),建議對(duì)本橋進(jìn)行適當(dāng)?shù)木S修處理。
4.2 維修處理建議
根據(jù)靜載試驗(yàn),本橋的承載能力滿(mǎn)足正常使用要求,但結(jié)構(gòu)局部存在的微裂縫和露筋等病害影響橋梁的耐久性,伸縮縫混凝土開(kāi)裂影響行車(chē)舒適性。建議對(duì)主要受力構(gòu)件如拱腳、立柱、立墻等存在的裂縫縫進(jìn)行封閉處理,并粘貼碳纖維布或鋼板以抑制裂縫的發(fā)展;對(duì)立墻表面作防水處理;對(duì)全橋主要構(gòu)件混凝土剝落區(qū)域進(jìn)行修補(bǔ),銹蝕鋼筋進(jìn)行除銹防銹;修補(bǔ)伸縮縫開(kāi)裂混凝土。
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