坪梅大橋靜載試驗與分析
2017-09-18
1 工程概況�
坪梅大橋位于樂昌市坪石鎮(zhèn)，主橋為單跨110m跨徑的雙曲拱橋，共有6片主拱肋，拱上共設(shè)有8個腹拱，橋臺兩側(cè)分別設(shè)有1跨現(xiàn)澆砼板拱過渡跨。該橋于1973年建成通車。根據(jù)2009年的檢測與靜載試驗結(jié)果，管養(yǎng)單位對坪梅大橋維修加固，主要措施包括對拱肋進(jìn)行加大截面，對腹拱進(jìn)行加固，重鋪橋面等。為了檢測加固效果，評定坪梅大橋加固后的承載力，于2011年9月份再次對坪梅大橋進(jìn)行了靜力荷載試驗。�
2 試驗方案�
2.1 靜載試驗檢測內(nèi)容�
該橋跨度比較大，根據(jù)雙曲拱橋的受力特點(diǎn)及現(xiàn)場具體情況，此次靜載試驗分為跨中加載、3L/4加載兩個分試驗進(jìn)行。分別選取跨中截面、3L/4截面為控制截面，測試其在各級荷載作用下結(jié)構(gòu)的工作性能，包括主拱肋各控制截面的應(yīng)變、橋面撓度、拱腳位移以及關(guān)鍵裂縫等變化情況。�
2.2 加載方案�
本次試驗計算采用MIDAS2010建模分析，取設(shè)計荷載等級為汽車－15、掛車－80進(jìn)行計算，獲得控制截面最大內(nèi)力值與變形值。根據(jù)結(jié)構(gòu)計算的等代效應(yīng)以及現(xiàn)場條件，采用4部20t重車進(jìn)行加載，加載位置如圖1、圖2所示。�
3 靜載試驗的測點(diǎn)布置�
3.1 撓度測點(diǎn)布置�
根據(jù)《試驗方法》要求，分別在拱腳、L/4、跨中、3L/4等主要控制斷面縱向布置撓度測點(diǎn)共10個，用N3精密水平儀觀測結(jié)構(gòu)沿縱向變形曲線，測點(diǎn)布置如圖3所示。�
3.2 應(yīng)變測點(diǎn)布置�
分別在主橋試驗跨跨中、3L/4等控制截面共布置應(yīng)變測點(diǎn)24個，測點(diǎn)布置如圖4～圖5所示。�
4 靜載試驗主要結(jié)果及分析評定[1-3]�
4.1 撓度分析�
?。?）跨中加載工況�
在各級荷載作用下，各撓度測點(diǎn)試驗結(jié)果及理論計算結(jié)果如表1所示。��
由表1可知，跨中主要撓度測點(diǎn)卸載后相對殘余變形均小于25％，滿足《試驗方法》要求，滿載時，偏載側(cè)N3-Y3#測點(diǎn)撓度為最大值，校驗系數(shù)為0.15，小于《試驗方法》中鋼筋砼結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)1.1的要求，跨中最大撓度實測值小于理論計算值較多，說明結(jié)構(gòu)的實際剛度大于理論剛度。�
（2）3L/4加載工況�
在各級荷載作用下，各撓度測點(diǎn)試驗結(jié)果及理論計算結(jié)果如表2所示。�
由表2可知，3L/4處主要撓度測點(diǎn)卸載后相對殘余變形均小于25％，滿足《試驗方法》要求，滿載時，偏載側(cè)N3-Y4#測點(diǎn)撓度為最大值，校驗系數(shù)為0.33，小于《試驗方法》中鋼筋砼結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)1.1的要求，3L/4處最大撓度實測值小于理論計算值較多，說明結(jié)構(gòu)的實際剛度大于理論剛度。�
?。?）測量結(jié)構(gòu)的最大變值形或力的總值Stot不應(yīng)超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的容許值，本次構(gòu)件的撓度設(shè)計允許值為：�
Δ=L/800=110000/800=137.5mm�
本次試驗中實測最大撓度值為4.11mm，滿足《試驗方法》要求。�
4.2 應(yīng)變�
（1）跨中加載工況�
結(jié)構(gòu)在各級荷載作用下的實測應(yīng)變結(jié)果如表3所示。�
由表3可知，跨中加載工況下跨中截面及主拱肋拱腳截面主要測點(diǎn)相對殘余變形均小于25％，滿足《試驗方法》要求，實測應(yīng)變值均小于理論計算值，跨中加載試驗中，偏載側(cè)最大彈性應(yīng)變位于1#主拱肋，其校驗系數(shù)為0.36，小于《試驗方法》中鋼筋砼結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)1.1的要求。�
?。?）3L/4加載工況�
結(jié)構(gòu)在各級荷載作用下的實測應(yīng)變結(jié)果如表4所示。�
由表4可知，3L/4加載工況下3L/4處截面及主拱肋拱腳截面主要測點(diǎn)相對殘余變形均小于25％，滿足《試驗方法》要求，實測應(yīng)變值均小于理論計算值，3L/4加載試驗中，偏載側(cè)最大彈性應(yīng)變位于4#主拱肋，其校驗系數(shù)為0.38，小于《試驗方法》中鋼筋砼結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)1.1的要求。�
以上工況中計算值比實測值偏大的原因之一是：拱上填料、橋面鋪裝以及側(cè)墻等構(gòu)件的共同參與受力難于準(zhǔn)確計算，而且拱上填料全部換填為混凝土，計算分析模型中未考慮其作用，這使得計算位移、應(yīng)變等結(jié)果比實測值偏大。�
4.3 拱腳位移�
在兩個加載工況各級荷載作用下，拱腳相對位移均未發(fā)生變化。�
4.4 裂縫�
在試驗前后過程中對跨中檢查未發(fā)現(xiàn)有新的裂縫出現(xiàn)。�
5 加固前后靜載試驗結(jié)果比較�
從表5可知，加固后跨中工況滿載時最大彈性撓度值為3.27mm，其測點(diǎn)校驗系數(shù)為0.15，最大彈性應(yīng)變值為26.7，其測點(diǎn)校驗系數(shù)為0.36；加固前跨中工況滿載時最大彈性撓度值為6.4mm，其測點(diǎn)校驗系數(shù)為0.36，最大彈性應(yīng)變值為61.9，其測點(diǎn)校驗系數(shù)為0.82。從試驗結(jié)果可知，相比加固前跨中工況靜載試驗，加固后的最大彈性撓度、最大彈性應(yīng)變、最大彈性撓度測點(diǎn)校驗系數(shù)及最大彈性應(yīng)變測點(diǎn)校驗系數(shù)均有所減少。�
從表5可知，加固后3L/4工況滿載時最大彈性撓度值為2.17mm，其測點(diǎn)校驗系數(shù)為0.33，最大彈性應(yīng)變值為14.3，其測點(diǎn)校驗系數(shù)為0.38；加固前3L/4工況滿載時最大彈性撓度值為2.32mm，其測點(diǎn)校驗系數(shù)為0.37，最大彈性應(yīng)變值為11.7，其測點(diǎn)校驗系數(shù)為0.37。從試驗結(jié)果可知，相比加固前3L/4工況靜載試驗，在加固后試驗彎矩比加固前大了將近100 KN.m的情況下，加固后的最大彈性撓度、最大彈性應(yīng)變、最大彈性撓度測點(diǎn)校驗系數(shù)及最大彈性應(yīng)變測點(diǎn)校驗系數(shù)均沒有明顯的變化。�
綜上所述，對拱肋進(jìn)行加大截面，對腹拱進(jìn)行加固，重鋪橋面等加固措施對改善坪梅大橋的力學(xué)特性與工作性能，以及增強(qiáng)結(jié)構(gòu)承載能力方面起到了一定作用。�
6 結(jié)論�
通過對坪梅大橋荷載試驗的主要資料的分析，得出以下結(jié)論：�
（1）在跨中工況與3L/4工況下，實測的最大彈性變位值均小于理論最大彈性變位值，該橋總體剛度滿足要求，且主要撓度測點(diǎn)殘余變形都小于0.25，說明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。�
（2）實測的彈性應(yīng)變值均小于理論計算應(yīng)變值，結(jié)構(gòu)在設(shè)計荷載作用下具有一定的安全儲備能力，能投入正常使用。
參考文獻(xiàn)�
［1］大跨度鋼筋混凝土橋梁試驗方法［M］.北京:人民交通出版社,1982.�
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?。?］劉自明,王邦楣.橋梁工程檢測手冊.北京:人民交通出版社,2002.
��作者簡介：�楊柯（1983-），男，廣東公路工程質(zhì)量監(jiān)測站,研究方向:橋梁檢測。
