加固后T梁桥标准化荷载试验检测方案设计

谢 琪，饶承彪，王 涛

(1.中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081；2.贵州省公路建设养护集团有限公司，贵州 贵阳 550016)

1 工程概况

某高速公路桥梁因位于煤矿采空区，由于桥址区域一定范围内发生土体滑动，导致桥墩整体位移，其中，多个墩柱位移不一致导致上部T梁受损严重开裂，经充分评估，拟对桥梁进行更换部分上部结构，部分进行粘贴钢板、碳纤维等处理措施，对下部结构进行纠偏校正。加固后桥梁按照规范规定程序进行桥梁检测，涉及范围为3×40 m跨先简支后连续T梁桥，桥梁上下分行，上行布置6片T梁，下行布置桥梁横截面采用5片T梁，桥墩采用双柱式墩，桥台为重力式U形桥台。

2 总体检测内容规划

2.1 工作流程

根据检测工作的需要，将试验检测工作流程划分为7个步骤，具体如图1所示。

其中，需要注意的关键点有：

1)现场踏勘。需对桥梁现场进行详细勘察，掌握桥梁当前基本状况，明确是否影响试验检测车辆使用，初步规划检测工作的安排。

2)方案的编制。根据现场踏勘的结果，结合桥梁竣工资料，编制桥梁试验检测方案，对于有特殊要求的桥梁，需进行专项讨论，并规划检测方案，对于不能采用桥梁检测车的桥梁要设计检测支架搭设方案，同时安排检测人员、试验仪器设备。

2.2 检测参数

2.2.1 外观检查

依据JTG H11—2004公路桥涵养护规范及JTG/T H21—2011公路桥梁技术状况评定标准相关要求招标文件要求的受检桥梁各构件进行到位外观检查。具体检查内容包括：桥面系外观检查，上部结构检查(含盖梁、护栏、伸缩缝、支座)，下部结构检查，其他结构物等。

2.2.2 实体检测

1)常规实体检测频率及内容。

常规实体检测包括结构尺寸、混凝土强度、钢筋保护层厚度、桥面横坡、护栏强度、伸缩缝高差等参数，其中，结构尺寸、混凝土强度、钢筋保护层厚度为上下部结构共检参数，上部结构、T梁，每个梁片应检测3个测区的混凝土强度，下部结构则墩、台各2个测区，通常采用回弹法进行检测并进行联合推定梁片强度；结构尺寸采用钢卷尺测量，对于上部结构，需进行桥长、主要构件尺寸的测量，下部结构主要测量墩台；钢筋保护层厚度采用钢筋扫描仪或直接破开保护层进行测量；对于本桥中，由于桥梁整体出现过位移，需对下部结构的垂直度进行检测，桥墩垂直度采用全站仪进行测量[1-2]。

2)维修加固实体检测及内容。

加固维修后的检测包括桥梁缺陷的处治、裂缝的修复、粘贴钢板的检测、粘贴纤维复合材料的检测、更换伸缩缝检测、更换支座检测、桥墩垂直度检测(纠偏后)等，实际的检测参数根据工程实际情况进行选择。

桥梁缺陷的处治检测内容主要为修补后的平整度要求，另外还包括色差等。裂缝的修复检测包括修补后的外观检测、修补后的强度检测(采用钻芯-劈裂抗拉强度)。粘贴钢板的检测包括主材的检测、锚栓植入深度检测、有效黏结面积检测。其中有效黏结面积的检测可采用敲击检测法、超声波检测和红外线检测。粘贴纤维复合主要检测所粘贴碳纤维的中心线误差、空鼓面积、胶黏剂厚度、材料强度。伸缩缝更换检测包括伸缩缝长度、缝宽、与桥面高差、纵坡和横向平整度。支座更换检测包括支座中心线横向偏位、支座顺桥向偏位、支座高程、支座四角高差[3]。

2.2.3 荷载试验

荷载试验主要是通过试验加载的方式，用以验证结构的承载力是否满足设计荷载的要求，包括静载和动载，静载试验应包括：1)主梁应变测试。2)主梁挠度测试。3)梁体在荷载试验过程中裂缝观测。动载试验测试参数应包括：1)主梁自振特性测试。2)行车动力响应测试等[4]。

3 静载试验

为确保静载试验的结果能够真实反映桥梁的承载力，静载试验需满足以下要求：

首先是荷载试验的效率系数应控制在0.95～1.05，同时应选择适宜的荷载车辆；其次是需根据理论计算，确定最不利受力截面，从而确定加载位置和荷载车数量；最后是分级加载原则，确定后的荷载车数量宜采用分级加载的形式，尽量以三级加载的形式进行。

3.1 加载荷载

加载荷载的选择应根据桥梁的设计荷载进行选择，对于公路桥梁，应选择与公路桥梁设计的标准车辆相近的荷载车作为加载荷载的基本单元，并根据计算的试验效率确定荷载车的数量。常规的荷载试验车辆选择为三轴车，车辆全长7 m，轴长5 m，前轴与第一个后轴距离3.6 m，两后轴间距1.4 m。总重400 kN，其中前轴与后轴分配为0.25∶0.75。

试验过程如需调整加载荷载总重，可以根据计算结果调整试验车辆的总重，但必须对试验车辆进行编号，在各级加载的过程中切勿安排错误车辆导致试验结果偏差。需注意的是，在试验过程中，应采用合适的布载方式，将相关工况合并加载。

3.2 静载试验方案

采用上行为示例进行静载试验方案的设计。正弯矩测试截面应变和挠度测量，负弯矩测试截面应变。设计荷载采用公路-Ⅰ级。计算模型采用Midas Civil 2019进行建模，采用单梁模型、结合横向分布系数进行计算，有限元模型如图2所示。

3.2.1 试验跨选择、截面测点布置及试验工况

1)试验跨及测点的布置。

根据对设计荷载公路-Ⅰ级的布载计算，确定该三跨连续T梁的试验跨为边跨和中跨。测点的布置分为应变测点布置和挠度测点布置，其中挠度的测点布置于每片T梁的中心线顶，应变测点如图3所示。

2)试验工况。

为模拟实际工况，结合规范要求，进行每个截面中载和偏载的加载，即为试验截面在最不利汽车荷载作用下的中载和偏载。

3.2.2 横向分布系数计算及试验效率计算

横向分布系数采用刚性横梁法进行计算，对于本文中的工程实际，在布置两个车道荷载的情况下，计算各梁的横向分布系数，如表1所示。

表1 横向分布系数计算结果表

根据横向分布系数的计算结果，在有限元中计算出单梁加载的数值，并通过横向分布系数分配荷载方案加载下的各级试验荷载及效率系数，以中载为例，计算结果如表2所示。

表2 中载试验主要工况荷载效应(6 m间距加载)

3.2.3 理论挠度、应变的计算

通过有限元模型的理论加载结果，以工况1为例，计算各测点的挠度、应变理论值，如表3,表4所示。

表3 工况1挠度理论计算值 mm

表4 工况1应变理论计算值 με

4 动载试验

动载试验包括通过脉动试验，测量结构的基频；通过跑车试验和刹车试验，获取结构的冲击系数，对桥梁的动力响应进行评价。在桥面无车辆、行人通行，且桥址附近无振动源的情况下，采用加速度传感器测量桥梁的振动；跑车试验则是通过荷载车辆以一定的速度通过桥梁时桥梁的动载响应，通常采用动应变传感器测量记录测点的反应实测曲线。刹车试验则是试验车辆以一定的速度形式，在特定的截面刹车，测定动应力和动挠度时间历程响应曲线来评价结构的动力响应[5-6]。

5 结语

本文以一加固后的三跨连续T梁为工程实例，进行加固后桥梁的试验检测方案设计，梳理加固后桥梁应检测的参数和相关技术要求，同时开展荷载试验方案的设计，为同类工程提供参考。