基于静载试验的混凝土缺陷对桥梁受力性能影响研究

钟彬

基于静载试验的混凝土缺陷对桥梁受力性能影响研究

钟彬1，2

（1.福建省交通科学技术研究所；2.福建省公路水运工程重点试验室，福州350004）

摘要本文通过某桥荷载试验的实测结果与空间有限元数值分析及理论计算结果的对比，对称截面实测结果的比对，详细分析了桥跨结构混凝土存在缺陷时对桥跨结构受力性能的影响。

关键词桥梁荷载试验有限元数值分析缺陷受力性能

1　引言

桥梁是公路的重要组成部分，现代桥梁发展历史表明，桥梁荷载试验与其设计分析理论的发展，是相辅相成的，要检测已建成的桥梁结构性能，评价桥梁的实际状况，判定桥梁的实际承载能力，进一步探讨其内在的规律，深化发展桥梁设计理论，对桥梁进行荷载试验，仍是必要的手段和方法。为了发展桥梁结构分析与设计理论，完善与提高桥梁施工工艺水平，积累有关桥梁技术数据和宝贵资料，桥梁荷载试验无疑地发挥出重要、不可代替的作用。

本文通过某桥荷载试验的实测结果与空间有限元数值分析及理论计算结果的对比，对称截面实测结果的比对，详细分析了桥跨结构混凝土存在缺陷时对桥跨结构受力性能的影响。

2　工程概况

上部结构为预应力砼连续箱梁，桥跨布置为4× 30m的预应力砼现浇箱梁桥。该联桥面宽度为：0.5m（防撞栏）+19.50m（行车道）+0.5m（防撞栏）。该桥横截面为单箱三室截面，箱高1.8m，箱底宽度为10.5m，翼缘板宽度3.50m，箱顶板厚0.25m，箱底板厚0.25m。下部结构采用柱式墩或薄壁墩配桩基。现浇箱梁采用C50砼，柱式墩、柱式墩盖梁、承台采用C30砼。设计荷载：公路-Ⅰ级。桥梁总体立面如图1所示，跨中截面如图2所示。

图1　桥梁总体立面图 （单位：m）

图2　跨中截面示意图 （单位：cm）

由于该桥第2跨跨中截面附近存在严重砼空洞露筋露波纹管，长度范围达到3m（如图3所示），因此选择第2跨跨中病害截面和第3跨与该病害对称的截面进行试验，通过病害截面与完好截面的实测挠度和应变数据的对比分析，评价该病害对该桥梁的整体受力性能的影响。

图3　　桥梁病害图

3　试验概述

3.1有限元计算

采用MIDAS计算软件建立该桥的空间有限元分析模型，全桥131个节点，120个梁单元，桥梁模型如图4所示。

图4　模型计算图

3.2加载工况

依据桥跨结构所得的活载内力包络图及外观检查结果，荷载试验测试截面与加载效率如表1所示。

表1　静力试验荷载效率计算一览表

4　试验结果分析

4.1评定方法

4.1.1校验系数

校验系数η是评定结构工作状况，确定桥梁承载能力的一个重要指标，可以从中判定桥梁结构的承载能力的工作状态。

实测结构校验系数η是试验的实测值与理论计算值的应力或挠度之比，它反映结构的实际工作状态。

4.1.2相对残余变位（或应变）

残余变位（或残余应变）按下列公式计算：

总变位（或总应变）St＝Sl－Si；

弹性变位 （或弹性应变）Se＝Sl－Su；

残余变位 （或残余应变）Sp＝St－Se＝Su－Si；

式中：Si——加载前测值；

Sl——加载达到稳定时测值；

Su——卸载后达到稳定时测值。

引入相对残余变位（或应变）的概念描述结构整体或局部进入塑性工作状态的程度。

相对残余变位（或应变）按下式计算：

4.2挠度测试结果与分析

在试验加载工况作用下，各控制截面的实测挠度及其与理论计算值的比较如表2所示。

4.3应变测试结果与分析

在试验加载工况作用下，各控制截面的实测应变与理论计算值的比较如表3所示。

表2　各控制截面挠度分析表

5　结论

从表2和表3可以看出，第2跨跨中截面各测点在试验荷载作用下实测挠度和应变值呈线性渐变，无明显的突变现象，且校验系数与第3跨对称截面基本一致，说明该处混凝土空洞露筋露波纹管对结构整体受力性能的影响较小。

表3　各控制截面应变分析表

参考文献

［1］胡钊芳，等．公路桥梁荷载试验［M］．北京：人民交通出版社，2003．

［2］大跨径混凝土桥梁的试验方法．1982．

［3］范立础．桥梁工程（上）．北京：人民交通出版社，2000．

［4］JTGD60-2004，公路桥涵设计通用规范［S］．

［5］JTGD62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］．