预应力混凝土连续刚构桥引桥现场静力荷载试验分析

覃广高

(广西壮族自治区来宾市武宣公路养护中心,广西 来宾 545900)

0 引言

随着国内交通行业的不断发展,越来越多的老旧桥梁难以满足当下的通行需要,需要重新进行桥梁安全稳定性评定[1-3]。静力加载试验可以有效地反映结构在荷载作用下的力学状态[4-6],试验结果可对老旧桥梁的安全性能、维护加固以及日常养护提供科学决策[7-10]。引桥作为桥梁结构主要的组成部分,研究其结构安全特性意义重大。基于此,本文以某地区预应力混凝土连续刚构桥的引桥为研究对象,采用现场静力荷载试验的方法对引桥的结构技术状况和承载能力进行了评定,研究结果可为类似桥梁工程安全评定提供参考和借鉴。

1 工程概况

某特大桥全桥共两联,上部构件均为6×20 m先简支后结构连续T梁+(84+162+84)m预应力混凝土连续刚构。以北侧引桥为例,引桥共6联,使用直径2 m的桩基,具体如图1所示。该高速公路设计级别为国家二级公路,设计行车速度是80 km/h,引桥路面长度为0.5 m(防撞护栏)+1.0 m(行人道)+0.5 m(防撞护栏),抗震级别为7级。

2 试验方法及步骤

2.1 静力荷载试验内容

试验测试内容大致分为三个方面:(1)监测截面的应变;(2)监测截面的挠度;(3)监测裂缝产生情况。

2.2 引桥试验桥跨及测点布置

(1)挠度测试截面及测点。如图2所示,分别在J1、J3截面横向布置5个测点。

(a)引桥立面

(b)引桥横断面(cm)

(a)测试截面布置(m)

(2)应变测试截面及测点。如图3所示,共包括J1～J3三个截面,各布置7个测点,其中混凝土表面的应变测点在图3中用“-”表示。

(a)引桥截面(m)

(b)J1截面

(c)J2截面

(d)J3截面

3 静力荷载过程

3.1 试验荷载

图4为试验车辆示意图,表1给出了本文静载试验选取的试验车辆信息。

(a)侧面

表1 试验车辆技术参数表

3.2 试验荷载效率

依据规范《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)要求,静力荷载试验效率ηq,取值应该在0.85～1.05,即:

(1)

式中:SS——静力试验荷载下的桥梁控制截面位移或者内力的最大计算效应值;

S——最不利效应计算值;

ηq和μ——荷载效率和冲击系数。

本次静载试验荷载效率,如表2所示。需要指出的是,表2中设计控制值是已计入冲击系数的内力值,即S×(1+μ),其中μ=0.171。本次荷载试验分为偏载和中载,静载试验过程中使用分级加载方法。

表2 引桥静载试验荷载效率汇总表

3.3 加载布置

引桥各工况试验车辆加载布置如图5～6所示。

(a)工况1 偏左侧加载车辆

(b)工况2 中载加载车辆

(c)工况3 偏左侧加载车辆

(b)中间

3.4 加载制度

静载试验过程中,采用分级加载方法:(1)对加载截面进行1/2～2/3满载的预加载;(2)按照载重车辆数量对不同工况进行分级加载,共分为3级;(3)针对每个工况进行一次慢速有序卸载。

该静载试验包括偏载试验和静载试验测试,如表3所示,为引桥各加载工况布载情况及测试项目表。表中1、2、3……为试验车编号;YCS1～YCS3为静载应力(应变)分级测试;NCS1～NCS3为有关测点挠度分级测试;Le为重要工况裂缝观测。

4 静力荷载试验结果分析

本次静载试验条件均为晴天,试验温度在24 ℃～27 ℃。

表3 引桥各加载工况布载情况及测试项目表

4.1 引桥J1截面试验结果分析

4.1.1 挠度

表4和5所示为引桥J1截面左侧和中间加载挠度试验结果,挠度向下为正,反之为负,下同。其中实测挠度均为在试验荷载下的挠度增加量。

表4 J1截面工况1偏左侧加载挠度监测结果表

表5 J1截面工况2中载加载挠度监测结果表

由表4和表5可知,J1截面在工况1和工况2荷载作用下实测满载挠度小于计算满载挠度,测点挠度校验系数主要集中在0.47～0.85,且通过计算得到测点的相对残余挠度均<20%,在卸载之后引桥整体挠度恢复正常状态。

4.1.2 应变

下页表6和表7所示为引桥J1截面左侧和中间加载应变监测试验结果,其中实测应变均为在试验荷载下的应变增加量。已知该桥梁引桥混凝土强度等级为C50,弹模值为3.5×104MPa。

由表6和表7可知,在试验荷载下,J1截面在工况1和工况2荷载作用下实测满载应变值小于计算满载应变值。测点挠度校验系数主要集中在0.44～0.7,且通过计算得到测点的相对残余应变均<20%,在卸载之后恢复正常状态。

表7 J1截面工况2中载加载应变监测结果表

4.1.3 裂缝

通过试验观测,在J1截面整个加载卸载过程中未发现有肉眼可见裂缝出现。

综合上述结果,可以得出该桥梁引桥J1截面的结构刚度满足规范《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)要求,可正常使用。

4.2 引桥J2、J3截面试验结果

由于篇幅有限,下面仅给出引桥J2、J3截面试验结果。

4.2.1 挠度

试验荷载作用下,J2截面和J3截面的实测满载挠度均小于计算满载挠度,主要测点应变校验系数分别在0.33～0.72和0.60～0.79,且通过计算得到测点的相对残余挠度均<20%,在卸载之后引桥J2截面和J3截面整体挠度恢复正常状态。

4.2.2 应变

试验荷载作用下,J3截面的实测满载应变值小于计算满载应变值,主要测点应变校验系数在0.43～0.70,且通过计算得到测点的相对残余应变均<20%,在卸载之后恢复正常状态。

4.2.3 裂缝

通过试验观测,在J2截面和J3截面整个加载卸载过程中未发现有肉眼可见裂缝出现。

综合上述结果,可以得出该桥梁引桥J2截面和J3截面的结构刚度满足规范《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)要求,可正常使用,同时要做好日常管理养护工作。

5 结语

本文采用现场静力荷载试验的方法对某预应力混凝土连续刚构桥引桥的结构技术状况和承载能力进行了评定,得到以下结论:

(1)试验荷载下,J1截面、J2截面和J3截面的实测满载挠度均小于计算满载挠度,主要测点应变校验系数分别在0.47～0.85、0.33～0.72和0.60～0.79,通过计算得到测点的相对残余挠度均<20%,在卸载之后恢复正常状态。

(2)试验荷载下,J1截面、J3截面的实测满载应变值小于计算满载应变值,主要测点应变校验系数分别在0.44～0.70和0.43～0.70,通过计算得到测点的相对残余应变均<20%,在卸载之后恢复正常状态。

(3)试验桥跨在加载过程中,J1截面、J2截面和J3截面均未发现肉眼可见裂缝。

(4)该桥梁引桥各试验截面的结构刚度满足规范要求,具备正常通行条件。