加固后T梁橋標(biāo)準(zhǔn)化荷載試驗(yàn)檢測(cè)方案設(shè)計(jì)

謝 琪，饒承彪，王 濤

(1.中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081；2.貴州省公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550016)

1 工程概況

某高速公路橋梁因位于煤礦采空區(qū)，由于橋址區(qū)域一定范圍內(nèi)發(fā)生土體滑動(dòng)，導(dǎo)致橋墩整體位移，其中，多個(gè)墩柱位移不一致導(dǎo)致上部T梁受損嚴(yán)重開(kāi)裂，經(jīng)充分評(píng)估，擬對(duì)橋梁進(jìn)行更換部分上部結(jié)構(gòu)，部分進(jìn)行粘貼鋼板、碳纖維等處理措施，對(duì)下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行糾偏校正。加固后橋梁按照規(guī)范規(guī)定程序進(jìn)行橋梁檢測(cè)，涉及范圍為3×40 m跨先簡(jiǎn)支后連續(xù)T梁橋，橋梁上下分行，上行布置6片T梁，下行布置橋梁橫截面采用5片T梁，橋墩采用雙柱式墩，橋臺(tái)為重力式U形橋臺(tái)。

2 總體檢測(cè)內(nèi)容規(guī)劃

2.1 工作流程

根據(jù)檢測(cè)工作的需要，將試驗(yàn)檢測(cè)工作流程劃分為7個(gè)步驟，具體如圖1所示。

其中，需要注意的關(guān)鍵點(diǎn)有：

1)現(xiàn)場(chǎng)踏勘。需對(duì)橋梁現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)勘察，掌握橋梁當(dāng)前基本狀況，明確是否影響試驗(yàn)檢測(cè)車輛使用，初步規(guī)劃?rùn)z測(cè)工作的安排。

2)方案的編制。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘的結(jié)果，結(jié)合橋梁竣工資料，編制橋梁試驗(yàn)檢測(cè)方案，對(duì)于有特殊要求的橋梁，需進(jìn)行專項(xiàng)討論，并規(guī)劃?rùn)z測(cè)方案，對(duì)于不能采用橋梁檢測(cè)車的橋梁要設(shè)計(jì)檢測(cè)支架搭設(shè)方案，同時(shí)安排檢測(cè)人員、試驗(yàn)儀器設(shè)備。

2.2 檢測(cè)參數(shù)

2.2.1 外觀檢查

依據(jù)JTG H11—2004公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范及JTG/T H21—2011公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求招標(biāo)文件要求的受檢橋梁各構(gòu)件進(jìn)行到位外觀檢查。具體檢查內(nèi)容包括：橋面系外觀檢查，上部結(jié)構(gòu)檢查(含蓋梁、護(hù)欄、伸縮縫、支座)，下部結(jié)構(gòu)檢查，其他結(jié)構(gòu)物等。

2.2.2 實(shí)體檢測(cè)

1)常規(guī)實(shí)體檢測(cè)頻率及內(nèi)容。

常規(guī)實(shí)體檢測(cè)包括結(jié)構(gòu)尺寸、混凝土強(qiáng)度、鋼筋保護(hù)層厚度、橋面橫坡、護(hù)欄強(qiáng)度、伸縮縫高差等參數(shù)，其中，結(jié)構(gòu)尺寸、混凝土強(qiáng)度、鋼筋保護(hù)層厚度為上下部結(jié)構(gòu)共檢參數(shù)，上部結(jié)構(gòu)、T梁，每個(gè)梁片應(yīng)檢測(cè)3個(gè)測(cè)區(qū)的混凝土強(qiáng)度，下部結(jié)構(gòu)則墩、臺(tái)各2個(gè)測(cè)區(qū)，通常采用回彈法進(jìn)行檢測(cè)并進(jìn)行聯(lián)合推定梁片強(qiáng)度；結(jié)構(gòu)尺寸采用鋼卷尺測(cè)量，對(duì)于上部結(jié)構(gòu)，需進(jìn)行橋長(zhǎng)、主要構(gòu)件尺寸的測(cè)量，下部結(jié)構(gòu)主要測(cè)量墩臺(tái)；鋼筋保護(hù)層厚度采用鋼筋掃描儀或直接破開(kāi)保護(hù)層進(jìn)行測(cè)量；對(duì)于本橋中，由于橋梁整體出現(xiàn)過(guò)位移，需對(duì)下部結(jié)構(gòu)的垂直度進(jìn)行檢測(cè)，橋墩垂直度采用全站儀進(jìn)行測(cè)量[1-2]。

2)維修加固實(shí)體檢測(cè)及內(nèi)容。

加固維修后的檢測(cè)包括橋梁缺陷的處治、裂縫的修復(fù)、粘貼鋼板的檢測(cè)、粘貼纖維復(fù)合材料的檢測(cè)、更換伸縮縫檢測(cè)、更換支座檢測(cè)、橋墩垂直度檢測(cè)(糾偏后)等，實(shí)際的檢測(cè)參數(shù)根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

橋梁缺陷的處治檢測(cè)內(nèi)容主要為修補(bǔ)后的平整度要求，另外還包括色差等。裂縫的修復(fù)檢測(cè)包括修補(bǔ)后的外觀檢測(cè)、修補(bǔ)后的強(qiáng)度檢測(cè)(采用鉆芯-劈裂抗拉強(qiáng)度)。粘貼鋼板的檢測(cè)包括主材的檢測(cè)、錨栓植入深度檢測(cè)、有效黏結(jié)面積檢測(cè)。其中有效黏結(jié)面積的檢測(cè)可采用敲擊檢測(cè)法、超聲波檢測(cè)和紅外線檢測(cè)。粘貼纖維復(fù)合主要檢測(cè)所粘貼碳纖維的中心線誤差、空鼓面積、膠黏劑厚度、材料強(qiáng)度。伸縮縫更換檢測(cè)包括伸縮縫長(zhǎng)度、縫寬、與橋面高差、縱坡和橫向平整度。支座更換檢測(cè)包括支座中心線橫向偏位、支座順橋向偏位、支座高程、支座四角高差[3]。

2.2.3 荷載試驗(yàn)

荷載試驗(yàn)主要是通過(guò)試驗(yàn)加載的方式，用以驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的承載力是否滿足設(shè)計(jì)荷載的要求，包括靜載和動(dòng)載，靜載試驗(yàn)應(yīng)包括：1)主梁應(yīng)變測(cè)試。2)主梁撓度測(cè)試。3)梁體在荷載試驗(yàn)過(guò)程中裂縫觀測(cè)。動(dòng)載試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)應(yīng)包括：1)主梁自振特性測(cè)試。2)行車動(dòng)力響應(yīng)測(cè)試等[4]。

3 靜載試驗(yàn)

為確保靜載試驗(yàn)的結(jié)果能夠真實(shí)反映橋梁的承載力，靜載試驗(yàn)需滿足以下要求：

首先是荷載試驗(yàn)的效率系數(shù)應(yīng)控制在0.95～1.05，同時(shí)應(yīng)選擇適宜的荷載車輛；其次是需根據(jù)理論計(jì)算，確定最不利受力截面，從而確定加載位置和荷載車數(shù)量；最后是分級(jí)加載原則，確定后的荷載車數(shù)量宜采用分級(jí)加載的形式，盡量以三級(jí)加載的形式進(jìn)行。

3.1 加載荷載

加載荷載的選擇應(yīng)根據(jù)橋梁的設(shè)計(jì)荷載進(jìn)行選擇，對(duì)于公路橋梁，應(yīng)選擇與公路橋梁設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)車輛相近的荷載車作為加載荷載的基本單元，并根據(jù)計(jì)算的試驗(yàn)效率確定荷載車的數(shù)量。常規(guī)的荷載試驗(yàn)車輛選擇為三軸車，車輛全長(zhǎng)7 m，軸長(zhǎng)5 m，前軸與第一個(gè)后軸距離3.6 m，兩后軸間距1.4 m?？傊?00 kN，其中前軸與后軸分配為0.25∶0.75。

試驗(yàn)過(guò)程如需調(diào)整加載荷載總重，可以根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整試驗(yàn)車輛的總重，但必須對(duì)試驗(yàn)車輛進(jìn)行編號(hào)，在各級(jí)加載的過(guò)程中切勿安排錯(cuò)誤車輛導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果偏差。需注意的是，在試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)采用合適的布載方式，將相關(guān)工況合并加載。

3.2 靜載試驗(yàn)方案

采用上行為示例進(jìn)行靜載試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。正彎矩測(cè)試截面應(yīng)變和撓度測(cè)量，負(fù)彎矩測(cè)試截面應(yīng)變。設(shè)計(jì)荷載采用公路-Ⅰ級(jí)。計(jì)算模型采用Midas Civil 2019進(jìn)行建模，采用單梁模型、結(jié)合橫向分布系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，有限元模型如圖2所示。

3.2.1 試驗(yàn)跨選擇、截面測(cè)點(diǎn)布置及試驗(yàn)工況

1)試驗(yàn)跨及測(cè)點(diǎn)的布置。

根據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)荷載公路-Ⅰ級(jí)的布載計(jì)算，確定該三跨連續(xù)T梁的試驗(yàn)跨為邊跨和中跨。測(cè)點(diǎn)的布置分為應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置和撓度測(cè)點(diǎn)布置，其中撓度的測(cè)點(diǎn)布置于每片T梁的中心線頂，應(yīng)變測(cè)點(diǎn)如圖3所示。

2)試驗(yàn)工況。

為模擬實(shí)際工況，結(jié)合規(guī)范要求，進(jìn)行每個(gè)截面中載和偏載的加載，即為試驗(yàn)截面在最不利汽車荷載作用下的中載和偏載。

3.2.2 橫向分布系數(shù)計(jì)算及試驗(yàn)效率計(jì)算

橫向分布系數(shù)采用剛性橫梁法進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于本文中的工程實(shí)際，在布置兩個(gè)車道荷載的情況下，計(jì)算各梁的橫向分布系數(shù)，如表1所示。

表1 橫向分布系數(shù)計(jì)算結(jié)果表

根據(jù)橫向分布系數(shù)的計(jì)算結(jié)果，在有限元中計(jì)算出單梁加載的數(shù)值，并通過(guò)橫向分布系數(shù)分配荷載方案加載下的各級(jí)試驗(yàn)荷載及效率系數(shù)，以中載為例，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 中載試驗(yàn)主要工況荷載效應(yīng)(6 m間距加載)

3.2.3 理論撓度、應(yīng)變的計(jì)算

通過(guò)有限元模型的理論加載結(jié)果，以工況1為例，計(jì)算各測(cè)點(diǎn)的撓度、應(yīng)變理論值，如表3,表4所示。

表3 工況1撓度理論計(jì)算值 mm

表4 工況1應(yīng)變理論計(jì)算值 με

4 動(dòng)載試驗(yàn)

動(dòng)載試驗(yàn)包括通過(guò)脈動(dòng)試驗(yàn)，測(cè)量結(jié)構(gòu)的基頻；通過(guò)跑車試驗(yàn)和剎車試驗(yàn)，獲取結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)，對(duì)橋梁的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。在橋面無(wú)車輛、行人通行，且橋址附近無(wú)振動(dòng)源的情況下，采用加速度傳感器測(cè)量橋梁的振動(dòng)；跑車試驗(yàn)則是通過(guò)荷載車輛以一定的速度通過(guò)橋梁時(shí)橋梁的動(dòng)載響應(yīng)，通常采用動(dòng)應(yīng)變傳感器測(cè)量記錄測(cè)點(diǎn)的反應(yīng)實(shí)測(cè)曲線。剎車試驗(yàn)則是試驗(yàn)車輛以一定的速度形式，在特定的截面剎車，測(cè)定動(dòng)應(yīng)力和動(dòng)撓度時(shí)間歷程響應(yīng)曲線來(lái)評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)[5-6]。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以一加固后的三跨連續(xù)T梁為工程實(shí)例，進(jìn)行加固后橋梁的試驗(yàn)檢測(cè)方案設(shè)計(jì)，梳理加固后橋梁應(yīng)檢測(cè)的參數(shù)和相關(guān)技術(shù)要求，同時(shí)開(kāi)展荷載試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，為同類工程提供參考。