基于荷載試驗(yàn)的連續(xù)肋板橋承載能力評(píng)定分析

摘要 隨著國民經(jīng)濟(jì)快速增長，城市之間的運(yùn)輸交流不斷增多，然而橋梁作為交通網(wǎng)絡(luò)主要組成部分，其質(zhì)量關(guān)系到整條交通線路運(yùn)營的效率，同時(shí)也關(guān)系到出行的大眾財(cái)產(chǎn)安全和生命安全。為了確保橋梁正常運(yùn)營，必須定期或不定期對(duì)其承載能力及安全問題進(jìn)行荷載試驗(yàn)，及時(shí)了解橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際情況，保證橋梁的安全和耐久性。文章以某立交橋?yàn)槔ㄟ^荷載試驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)該類橋進(jìn)行檢測(cè)評(píng)定分析研究，及時(shí)了解該類橋的承載能力，并通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果分析，更好地掌握該類橋的運(yùn)營現(xiàn)狀，為后期的加固提供技術(shù)支撐，供類似工程參考。

關(guān)鍵詞 荷載試驗(yàn);承載能力評(píng)定;橫向分布系數(shù)

中圖分類號(hào) U446 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）06-0169-03

引言

隨著城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，交通量也隨之增加，車輛的載重能力也越來越大，同時(shí)橋梁各類配套設(shè)施由于長期運(yùn)營及自然環(huán)境影響出現(xiàn)了侵蝕，對(duì)橋梁荷載能力帶來較為不利的影響，極大地影響了正常運(yùn)輸與人們出行。因此，須對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行荷載試驗(yàn)工作，保證其良好的使用性能[1]。

1 橋梁概況

某肋板式橋梁位于?？谑?，建成于1994年，橋梁全長103.4 m，跨徑組合為（12.22+4×17+12.22）m的連續(xù)板梁。該橋橋面雙向通行，上部結(jié)構(gòu)為整體結(jié)構(gòu)，未分幅，橋面布置為：（0.5+11.0+1.0+11.0+0.5）m，雙向六車道。上部結(jié)構(gòu)采用（12.22+4×17+12.22）m的連續(xù)梁肋板結(jié)構(gòu)，主梁高60 cm，共設(shè)置11個(gè)混凝土肋，肋寬100 cm，在全部墩臺(tái)頂處設(shè)置橫梁，在17 m跨主梁跨中設(shè)置橫梁。全橋結(jié)構(gòu)共設(shè)置一聯(lián)，僅在主梁與橋臺(tái)間設(shè)置伸縮裝置。施工采用支架現(xiàn)澆鋼筋混凝土。下部結(jié)構(gòu)中，0#、6#孔采用U型臺(tái)結(jié)構(gòu)，橋墩均采用多柱墩;0#臺(tái)、1#墩、2#墩采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，其他墩臺(tái)采用明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)。

2 荷載試驗(yàn)設(shè)計(jì)

該橋經(jīng)過外觀檢測(cè)得知，全橋橋面鋪裝缺損較為嚴(yán)重，鋪裝普遍磨損嚴(yán)重、粗集料外露，同時(shí)存在多處橫向、縱橋向或網(wǎng)狀開裂，部分區(qū)域大面積坑槽;搭板處路面存在跳車現(xiàn)象，臺(tái)后路面多處橫向開裂。此外，該橋橋臺(tái)伸縮縫錨固混凝土破損嚴(yán)重。其中6個(gè)支座存在開裂現(xiàn)象，多個(gè)支座發(fā)現(xiàn)砂石填埋。下部結(jié)構(gòu)整體狀況良好，0#臺(tái)臺(tái)帽存在1條豎向裂縫，縫寬0.18 mm，縫深2.3 cm，為表面裂縫，個(gè)別構(gòu)件局部破損?；跈z測(cè)結(jié)果的現(xiàn)狀條件下進(jìn)行橋梁承載能力評(píng)估，并根據(jù)承載能力評(píng)估結(jié)果進(jìn)行荷載試驗(yàn)驗(yàn)證[2]。

2.1 測(cè)試截面及測(cè)點(diǎn)布置

2.1.1 模型計(jì)算

采用橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算分析專用程序Midas/Civil對(duì)主橋上部結(jié)構(gòu)建立結(jié)構(gòu)離散模型，為考慮該橋的橫向效應(yīng)，將主梁采用梁格法進(jìn)行離散，共劃分了759個(gè)節(jié)點(diǎn)，1 418個(gè)單元的計(jì)算幾何模型。

活載作用下的彎矩包絡(luò)圖見圖1所示，撓度圖見圖2所示。

2.1.2 測(cè)試截面與測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)肋板梁的受力特點(diǎn)，選取如圖3所示的L/2截面（1-1、3-3、6-6）及L/4截面（2-2、5-5）作為應(yīng)變及撓度的主要測(cè)試截面，選擇墩頂附近截面（4-4）作為應(yīng)變的主要測(cè)試截面。

2.2 試驗(yàn)荷載及加載試驗(yàn)效率

根據(jù)《城市橋梁檢測(cè)與評(píng)定技術(shù)規(guī)范》（CJJ/T 233—2015）的建議，靜力試驗(yàn)荷載的效率宜為1.05≥η ≥ 0.95[3]。

靜力荷載試驗(yàn)效率：

式中：Sstat——在靜力試驗(yàn)的實(shí)際工況荷載作用下，控制截面的最大內(nèi)力或變位計(jì)算值;

Sk——控制荷載作用下，控制截面的最大內(nèi)力或變位計(jì)算值;

μ——設(shè)計(jì)沖擊系數(shù);

ηs——靜力試驗(yàn)荷載效率。

該橋設(shè)計(jì)荷載為汽車-超20級(jí)，掛車120，荷載試驗(yàn)中采用等效荷載進(jìn)行加載，試驗(yàn)中加載車輛選用同一型載重汽車，總重350 kN（前軸重70 kN，中后軸重140 kN，前中軸距350 cm，中后軸距135 cm）。

3 荷載試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 撓度及應(yīng)變實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

（1）通過荷載工況作用下對(duì)截面實(shí)測(cè)撓度與理論值的比較可以得知，某肋板式橋梁各測(cè)試控制截面在試驗(yàn)荷載作用下?lián)隙?、?yīng)變實(shí)測(cè)值均小于理論計(jì)算值，校驗(yàn)系數(shù)小于1.0，表明上部結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)荷載要求。

（2）某肋板式橋梁各測(cè)試控制截面在試驗(yàn)荷載作用下相對(duì)殘余撓度小于20%（最大14.10%），說明橋梁基本處于彈性工作狀態(tài)，具有良好的彈性恢復(fù)能力。

3.2 橫向分布性能分析

在荷載作用下對(duì)應(yīng)截面的實(shí)測(cè)橫向分布系數(shù)與理論值的比較見圖4和圖5。結(jié)果表明：實(shí)測(cè)橫向分布系數(shù)與理論值在總體分布上存在一定區(qū)別，實(shí)測(cè)情況的總體分布更為均衡。其中，橫向4#～8#梁的實(shí)測(cè)值大于理論值，而邊梁實(shí)測(cè)值小于理論值，兩者的最大值基本一致。

3.3 脈動(dòng)試驗(yàn)

該橋動(dòng)力計(jì)算分析采用大型通用有限元程序Midas/Civil 2015，建立有限元模型圖。

通過對(duì)該橋進(jìn)行豎向脈動(dòng)試驗(yàn)，采集了橋梁實(shí)測(cè)自振頻率與振型[4]。豎向脈動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算值比較情況見表1，以及進(jìn)行實(shí)測(cè)振型和理論振型比對(duì)，經(jīng)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：實(shí)測(cè)自振頻率fmi與理論計(jì)算頻率fdi比值均大于1.1，評(píng)定標(biāo)度為1，說明橋梁的整體剛度滿足要求。

4 結(jié)論

（1）靜載試驗(yàn)中各主要控制截面應(yīng)變及撓度實(shí)測(cè)值均小于理論值，校驗(yàn)系數(shù)均小于1，表明主梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛度滿足設(shè)計(jì)荷載要求。

（2）靜載試驗(yàn)中各控制測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余撓度及應(yīng)變均小于20%，表明橋梁結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下基本處于彈性工作狀態(tài)。

（3）實(shí)測(cè)橫向分布系數(shù)與理論值在總體分布上存在一定區(qū)別，實(shí)測(cè)情況的總體分布更為均衡。其中，橫向4#～8#梁的實(shí)測(cè)值大于理論值，而邊梁實(shí)測(cè)值小于理論值，兩者的最大值基本一致?？傮w而言，該橋?qū)嶋H橫向分布能力優(yōu)于理論模型。

（4）脈動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果表明實(shí)測(cè)豎向自振頻率值大于計(jì)算值，可認(rèn)為橋梁整體剛度大于理論剛度。

參考文獻(xiàn)

[1]唐國文.荷載試驗(yàn)在公路橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用效果評(píng)價(jià)[J].設(shè)備管理與維修， 2019（21）：153-154.

[2]李存. 公路橋梁設(shè)計(jì)荷載及其組合研究[J]. 百科論壇電子雜志， 2020（15）：1576.

[3]城市橋梁檢測(cè)與評(píng)定技術(shù)規(guī)范：CJJ/T 233—2015[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2015.

[4]宋十妹. 論荷載試驗(yàn)在高速公路橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用[J]. 建材發(fā)展導(dǎo)向（上）， 2018（10）：108-109.

收稿日期：2022-01-14

作者簡介：劉修治（1987—），男，本科，工程師，從事橋梁與隧道工程及管養(yǎng)。