高速公路預(yù)應(yīng)力T梁靜載試驗及承載力分析評定

談 勇 林

(東莞市路橋投資建設(shè)有限公司，廣東 東莞 523000)

1 工程概況

某高速公路互通主橋，橋跨布置為1×25 m簡支梁橋形式，橋梁上部采用預(yù)制25 m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁結(jié)構(gòu)，梁高1.7 m，橋?qū)?2.25 m，C50混凝土，先張法張拉預(yù)應(yīng)力鋼束，橋梁設(shè)計荷載等級為公路—Ⅰ級。在預(yù)應(yīng)力T梁澆筑、養(yǎng)護完成后，為驗證該批T梁施工質(zhì)量和承載能力是否滿足相關(guān)設(shè)計文件和規(guī)范要求[1-4]，對該橋左線1-4號、右線1-1號預(yù)制T梁進行抽樣靜載試驗。

2 試驗方案及內(nèi)容

為了準確評價該橋整體承載力情況，用以制定靜載試驗方案，主要工作包括以下三方面內(nèi)容：

1)T梁外觀檢查，對試驗梁的梁體各部位進行檢查，排查出現(xiàn)裂縫可能，如有裂縫，描繪其出現(xiàn)的具體位置，為荷載試驗布置測點做前期準備，并檢查是否有其他病害出現(xiàn)。

2)確定試驗控制荷載，本文采用對該橋成橋狀態(tài)進行有限元理論分析計算，以確定最不利荷載作用下的最不利截面內(nèi)力(彎矩)控制值，從而確定等效單梁靜載試驗控制荷載，該方法更符合實際，且安全。

3)T梁靜載試驗，主要檢測結(jié)構(gòu)在最不利荷載作用下的最不利截面的力學特征，包括應(yīng)力(應(yīng)變)、位移(撓度)及裂縫寬度等，并在試驗過程中時刻關(guān)注可能出現(xiàn)的異常情況[5]。本次荷載試驗對象為簡支結(jié)構(gòu)，主控截面為跨中截面，具體測試該截面撓度和應(yīng)力(應(yīng)變)情況。

試驗檢測主要目的是檢驗T梁工作性能和承載能力是否安全可靠，且符合相關(guān)規(guī)范設(shè)計要求，為T梁的使用以及驗收提供可靠技術(shù)依據(jù)，試驗荷載效率η宜介于0.85～1.05之間，依據(jù)最新《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》[3]規(guī)定，η的計算如式(1)所示：

(1)

其中，SS為靜載試驗荷載作用下，某一加載試驗項目對應(yīng)的加載控制截面內(nèi)力或位移的最大計算效應(yīng)值；S為控制荷載產(chǎn)生的同一加載控制截面內(nèi)力或位移的最不利效應(yīng)計算值；μ為按規(guī)范取用的沖擊系數(shù)值，本試驗不考慮沖擊系數(shù)，取μ=0。

3 25 m預(yù)應(yīng)力T梁靜載試驗

3.1 數(shù)值計算模型

根據(jù)預(yù)制T梁實際工作狀態(tài)的形式，采用結(jié)構(gòu)有限元分析專用程序Midas/Civil進行結(jié)構(gòu)靜力分析，如圖1所示，模型總計187個節(jié)點，306個梁單元，150個板單元。根據(jù)模型計算最不利荷載布置，左線1-4號、右線1-1號T梁在移動荷載(公路—Ⅰ級)作用下的跨中的彎矩值，同時計算出橋面鋪裝作用下的彎矩值，將兩者相加作為加載試驗的設(shè)計值。具體加載試驗的設(shè)計值見表1。

表1 各T梁加載試驗設(shè)計值

同時建立單梁模型，共有29個節(jié)點28個單元，因篇幅所限，僅列出左線1-4號模型示意圖，如圖2所示，在模型上加集中力模擬重物加載，計算出加載值。

3.2 測試截面選取及測點布設(shè)

根據(jù)模型計算分析可知，跨中截面的內(nèi)力、彎矩、撓度變化最大，故跨中為主控截面，應(yīng)變及撓度測點如圖3布置于跨中截面。

3.3 分級加載控制及加載效率

采用25 m，30 m T梁作為配重荷載，進行分級加載檢測，25 m T梁重53.0 t，30 m T梁重72.0 t。分級加載方案如圖4所示，將配重梁一端以吊機起吊支撐，另一端支點設(shè)置于試驗梁跨中梁頂位置處，施加荷載由配重梁自重通過跨中支點向下傳遞，可等效視為豎向集中力荷載，荷載大小由配重梁支點所設(shè)位置決定，從而實現(xiàn)試驗T梁最不利位置處的分級加載方式，分級集中力大小分別為265 kN(一級)，360 kN(二級)，385 kN(三級)。

靜力加載試驗所得試驗T梁加載跨中彎矩值及荷載效率計算值詳見表2，可以看出，最終荷載效率系數(shù)η數(shù)值超過0.85以上，加載效率滿足規(guī)范相關(guān)要求，表明本次荷載試驗所得數(shù)據(jù)較為可靠。

表2 T梁靜載試驗效率系數(shù)及控制值

4 靜力試驗結(jié)果分析

4.1 應(yīng)力(應(yīng)變)試驗結(jié)果

T梁跨中截面現(xiàn)場實測及理論計算結(jié)果如表3所示，其中理論值由上述Midas所建單梁模型計算得出。可以看出，在試驗荷載作用下，實測應(yīng)力絕對值均小于理論計算值，試驗梁跨中截面應(yīng)力校驗系數(shù)介于0.586～0.780之間，殘余變形不大于20%。分析可知，結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)小于1.0時，表明結(jié)構(gòu)的實際狀況要好于理論狀況，證明T梁安全儲備充足，最終卸載完成后，相對殘余均滿足規(guī)范要求。

表3 T梁跨中截面應(yīng)變試驗結(jié)果

4.2 撓度試驗結(jié)果

撓度實測與理論計算結(jié)果比較詳見表4，可知：T梁跨中截面在荷載下的實際撓度小于理論計算值，撓度的校驗系數(shù)為0.76和0.85，結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)小于1.0時，表明結(jié)構(gòu)的實際狀況要好于理論狀況。相對殘余變位不大于20%，滿足規(guī)范要求，表明結(jié)構(gòu)在試驗荷載作用下處于彈性工作狀態(tài)。

表4 T梁跨中截面撓度試驗結(jié)果

5 結(jié)語

以某高速公路1×25 m簡支梁橋預(yù)制T梁為靜載試驗對象，就地取材將現(xiàn)場預(yù)制梁直接作為配重荷載，通過吊裝方式進行加載，通過以上試驗過程和分析，可以得出以下結(jié)論：

1)本次試驗所加荷載采用跨中彎矩等效集中力荷載分級控制加載，滿足荷載效率值η的相關(guān)要求，在試驗荷載作用下T梁產(chǎn)生的應(yīng)力及撓度也均滿足校驗系數(shù)要求。

2)25 m預(yù)應(yīng)力T梁在設(shè)計荷載作用下最不利截面應(yīng)力、位移實測值均小于理論計算值，表明結(jié)構(gòu)的實際狀況要好于理論狀況，證明T梁有一定安全儲備。

3)通過對該組試驗單梁靜載 試驗結(jié)果及試驗現(xiàn)象的綜合分析，說明試驗T梁的剛度、強度等力學性能均滿足設(shè)計及使用要求；預(yù)制質(zhì)量和工藝符合相關(guān)要求。