渡槽结构安全鉴定中的结构静力应变试验案例

曹增龙，韩贤权，王义德

(1.湖北正平水利水电工程质量检测有限公司，湖北 武汉 430070；2.长江水利委员会长江科学院，湖北 武汉 430010；3.湖北金浪勘察设计有限公司，湖北 武汉 430070)

某渡槽位于湖北省境内，是所在地区农业灌溉和生态用水系统的重要组成部分，建成于1975年，横跨京广铁路线、当地某小河流与某市政道路，已经运行了40年。目前，该渡槽出现混凝土老化、钢筋出露等问题，渡槽输水时有多处严重渗漏症状。由于该渡槽所在区域已被划入城市开发区范围，主管部门需要论证继续维护使用该渡槽。

1 结构概况

该渡槽由44跨组成，全长705.7m，纵坡1/705.7，设计流量12m3/s。第1～11跨共计11跨总长204.1m，各跨长度不等，采用钢筋混凝土矩形槽结构，槽宽2.7m，槽深2.2m；第10跨槽段横跨京广铁路，为双悬臂结构，简支支座形式，该槽段单节长40.0m，其中支座间距26.0m，两头悬臂各为7.0m。第12～44跨共计33跨总长501.6m，均为标准跨度15.2m，采用钢筋混凝土U型槽结构，槽宽2.7m，槽深2.2m，直墙段高1.2m。

该渡槽结构现状如图1所示，其结构示意图如图2所示。

图1 某渡槽结构现状照片

图2 某渡槽结构示意图(单位：m)

2 试验方案

该渡槽安全鉴定的结构静力应变试验的目的是获得渡槽在输水工况(静力状态范畴)下结构的应变变化情况，以此作为判断当前渡槽结构承载能力的依据，为确保结构安全，并考虑所在灌溉系统实际过流能力，本次试验加载的最大水深定为1.0m。

由于矩形槽段和U型槽段距离较远，中间间隔铁路线和当地某小河流，且本次加载水位不高，因此将结构的响应近似视为线弹性响应，在卸载过程中采集矩形槽段的应变响应，在加载过程中采集U型槽段的应变响应。

结构应变检测对象选取第10跨槽段双悬臂矩形槽段(跨间长度26m)和第27槽段标准U型槽段(跨间长度15m)共计2段作为对象，将跨间距离6等分的5个等分断面设置为试验断面，每个断面在左右边墙上各设2个检测点(对称设置)，共4个检测点。

本次试验应变片布置情况如图3所示，应变片粘贴位置示意图如图4—5所示。

图3 某渡槽结构静力应变试验实际应变片布置情况

图4 某渡槽结构静力应变试验断面顺水纵向位置示意图

图5 某渡槽结构静力应变试验断面应变片布置示意图

3 所用主要仪器设备

输水工况下，水流荷载变化缓慢，且数据采集端的应变片接触水流，因此其精度要求较高，且粘贴布置要求也很苛刻。该渡槽结构静力应变试验采用日本东京测器研究所研制生产的TDS- 530应变数据采集器，同时采用日本东京测器研究所研制生产的WFCA- 3- 17双向正交应变片。从本次试验来看，仍发生了2处应变片由于水流冲击或浮游杂物撞击导致应变片脱落或损坏，因此应重视应变片粘贴工作。

4 试验结果与分析

该渡槽结构静力应变试验现场如图6所示，第10槽段(矩形槽段)与第27槽段(U形槽段)各个检测断面的应变数据峰值分析如图7—8所示。

图6 某渡槽结构静力应变试验现场

图7 某渡槽第10跨槽段(矩形槽段)加载时各检测断面结构应变峰值

图8 某渡槽第27跨槽段(U形槽段)加载时各检测断面结构应变峰值

从图7—8可以看出，第10槽段(矩形槽段)与第27槽段(U形槽段)在承受水荷载后，结构内表面以受拉为主，大部分检测点的应变都在100με以内，对于常规混凝土材料而言应变响应在正常范围内。

第10跨槽段(矩形槽段)和第27跨槽段(U型槽段)的响应峰值分别出现在J4- 4的竖直方向(-143με取绝对值为143με)和U3- 2的竖直方向(118με)，从响应峰值看，渡槽结构的个别部位在1.0m水深的荷载作用下拉应变已经达到了相当水平，将渡槽运行输水水深限制在1.0m内是适宜的。

5 结语

随着我国20世纪建成运行的大量渡槽老化损伤日益严重，渡槽运行安全愈加难以保证。本文基于现场试验检测结果，通过分析该渡槽结构静力应变数据，得出了正常范围内其静力应变值在渡槽现状状态下控制输水流量(水深)必要性以及张贴采集应变片要选择高精度的应变片的必要性。该工程实例渡槽结构静力应变及张贴高精度采集片提供了一种使用可行的实践实例，为同类工程的安全鉴定提供一定的参考。