某大橋大件運輸靜載試驗評估研究

■羅晟濤

(江蘇開通建設(shè)工程有限公司，淮安 223001)

1 項目背景

107國道某橋，橋跨布置為5×22.20 m鋼筋混凝土T梁，全橋共1聯(lián)，橋梁全長116m。橋梁計荷載等級：汽車-20級，掛車-100，人群荷載為2.5kN/m2。橋梁上部結(jié)構(gòu)為等截面裝配式普通鋼筋混凝土T梁，采用先簡支后橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)，T梁梁高為1.35m，腹板寬度為0.18m。橋梁下部結(jié)構(gòu)橋臺為框架式埋置橋臺，樁基礎(chǔ)；橋墩均為樁柱式橋墩。橋面全寬18.6m，橫斷面布置：2.1m(人行道及欄桿)+14.4m(行車道)+2.1m(人行道及欄桿)=18.6 m。

本次大件運輸車貨總重145.2t，運輸車輛承重部分共12軸，每軸平均分配重量12.1t，車軸間距為5×1.6m+7m+5×1.6m。將運輸車輛視為移動荷載，加載在模型上，并與汽-20荷載對比[1]。

2 靜載試驗

2.1 控制截面和試驗工況

2.1.1 控制截面

根據(jù)《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》[2]，對于混凝土簡支梁橋承載能力試驗的內(nèi)力或撓度控制截面規(guī)定見表1。

表1 簡支梁橋的內(nèi)力或位移控制截面

根據(jù)表1,結(jié)合本橋的實際情況，選定第二、三、四跨進行荷載試驗，設(shè)置4個控制截面，截面布置如圖1。

圖1 荷載試驗控制截面布置圖

2.1.2 試驗工況

共安排四個試驗工況，如表2。

表2 靜載試驗工況

2.1.3 載位布置

以試驗工況1載位為例，車輛布置圖如下圖2、圖3所示。試驗工況1——檢驗第一跨跨中截面A承受汽-20(對稱荷載)正彎矩的承載能力，分兩級加載。

圖2 主橋試驗工況1一級車輛布置圖

圖3 主橋試驗工況1二級車輛布置圖

2.2 撓度測試結(jié)果與分析

2.2.1 撓度測點布置

在各試驗工況下，加載前、加載中和卸載后，采用精密水準儀對橋梁撓度進行測量。撓度測點分別位于試驗跨的兩端墩頂、L/4、L/2和3L/4處的橋面兩側(cè)，如圖4所示。其中，墩頂測點為修正橋梁實際(凈)撓度而設(shè)。

圖4 橋面撓度測點布置立面及平面示意圖

2.2.2 撓度測試結(jié)果分析

表3～表6給出了試驗跨第2、3、4跨在試驗工況1～4等效荷載作用下測點撓度實測值、理論計算值、撓度校驗系數(shù)和殘余變位。表中，各點撓度均為橋梁實際(凈)撓度，即已扣除橋梁因支座變形產(chǎn)生的位移。

表3 工況1二級加載下橋面測點撓度變化量一覽表

表4 工況2下橋面測點撓度變化量一覽表

表5 工況3下橋面測點撓度變化量一覽表

表6 工況4下橋面測點撓度變化量一覽表

由表3～表6可以看出，在汽-20荷載作用下，該橋試驗跨的撓度校驗系數(shù)值在0.60～0.9之間，均滿足《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》中規(guī)定的靜力荷載試驗撓度校驗系數(shù)應(yīng)不大于0.9的要求，各工況下測點的最大相對殘余變位為-14.29%，滿足《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》中規(guī)定的相對殘余變位應(yīng)不大于20%的要求。

2.2.3 撓度測試結(jié)論

對測試結(jié)果分析表明，大橋豎向(彎曲)剛度滿足設(shè)計的汽-20載荷等級要求。

2.3 應(yīng)變測量與分析

2.3.1 應(yīng)變控制截面與布置

在各試驗工況下，加載前、加載中和卸載后，對橋梁應(yīng)變進行測量。各應(yīng)變測試點布置沿橋縱向電阻式應(yīng)變片或直角應(yīng)變花。

各截面應(yīng)變測點布置如圖5～7所示。

圖5 簡支梁橋控制截面

圖6 A、B、C截面應(yīng)變測試點

圖7 D截面應(yīng)變測試點

2.3.2 應(yīng)變測試結(jié)果分析

表7以工況1為例列出了工況等效荷載作用下相應(yīng)控制截面的應(yīng)變實測數(shù)據(jù)和理論計算值，并以此進行強度評定，這將為全橋的評定結(jié)論提供充分的依據(jù)。表中，各實測數(shù)據(jù)按測試導(dǎo)線的長度和測試環(huán)境的溫度進行了修正。

表7 工況1下二級加載A截面的實測應(yīng)變分析表

2.3.3 應(yīng)變測試結(jié)論

工況1是用以檢驗第二跨L/2截面A承受 (對稱荷載)正彎矩的承載能力。T梁底承受最大的拉應(yīng)力，故以梁底的應(yīng)變校驗系數(shù)作為衡量該截面的強度依據(jù)。工況1的應(yīng)變測量值見表7。由表7可知，其應(yīng)變校驗系數(shù)在0.4～0.8之間，滿足《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》中規(guī)定的靜力荷載試驗應(yīng)變校驗系數(shù)在0.4～0.8之間的要求，說明截面A的承載能力滿足設(shè)計要求；該工況下最大相對殘余應(yīng)變?yōu)?.72%，滿足《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》中規(guī)定的相對殘余應(yīng)變應(yīng)不大于20%的要求，結(jié)構(gòu)處于彈性范圍內(nèi)。

通過該大橋的四個工況的靜載試驗，得到該橋在汽-20荷載的等效加載各試驗工況下的應(yīng)變校驗系數(shù)均在正常范圍之內(nèi)，說明該橋的強度滿足設(shè)計要求，結(jié)構(gòu)處于彈性變形狀態(tài)。

3 計算分析與判別

根據(jù)運輸方案，利用MIDAS有限元軟件建模計算[3-5]，當(dāng)該大件運輸車輛通過該橋時，T梁彎矩包絡(luò)圖，梁截面縱向正應(yīng)力和腹板剪應(yīng)力分別如圖8～圖10所示。

圖8 彎矩包絡(luò)圖(kN·m)

圖9 T梁縱向正應(yīng)力(MPa)

圖10 T梁腹板剪應(yīng)力(MPa)

計算結(jié)果表明，在大件運輸車通過該橋時，跨中及附近會產(chǎn)生最大彎矩，其大小為4054.9kN·m，T梁縱向包絡(luò)正應(yīng)力為-1.96MPa～4.87MPa，T梁腹板最大剪應(yīng)力為0.49MPa。

大件運輸車輛所產(chǎn)生的彎矩、縱向正應(yīng)力和腹板剪應(yīng)力均小于汽-20荷載作用下產(chǎn)生的彎矩、縱向正應(yīng)力和腹板剪應(yīng)力，大件運輸車在理論上可以安全通過該橋，但還應(yīng)注意實施交通管制和低速通過，并避免在橋上剎車。

4 結(jié)論

(1)對大件運輸時橋梁結(jié)構(gòu)的荷載進行了理論分析，結(jié)果表明其荷載效應(yīng)小于汽-20荷載效應(yīng)。

(2)對該大橋荷載試驗，結(jié)果表明，該橋在汽-20荷載效應(yīng)作用下，結(jié)構(gòu)處于彈性變形狀態(tài)。

(3)綜合分析，該大橋允許該大件在現(xiàn)有的運輸方案下通過。

(4)經(jīng)過實際運輸檢驗，該大件在通過該大橋的時候，橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯的結(jié)構(gòu)損壞，表明具備允許該運輸方案通過的條件。