暴 葉 凱

(山西路橋集團(tuán)試驗(yàn)檢測(cè)中心有限公司，山西 太原 030031)

0 引言

公路橋梁屬于現(xiàn)代化的交通主體，在交通運(yùn)輸過程中占據(jù)著十分重要的作用。但受施工技術(shù)以及施工環(huán)境等因素的限制，隨著公路橋梁施工時(shí)間的推移，其承載能力也會(huì)不斷降低，甚至無法再滿足基本的交通運(yùn)輸要求，影響了人們的正常出行。且隨著車輛重力的不斷增加，公路橋梁的承載能力也發(fā)生了較大變化。對(duì)此，相關(guān)部門應(yīng)有效測(cè)量橋梁的實(shí)際承載力及使用狀態(tài)，以便及時(shí)完善交通網(wǎng)絡(luò)體系。

1 公路橋梁承載力試驗(yàn)作用

目前，我國(guó)公路橋梁的建設(shè)技術(shù)已經(jīng)逐步成熟，且隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法也發(fā)生了較大改變，但依然存在影響橋梁質(zhì)量水平的不確定性因素，人們更傾向于了解橋梁的實(shí)際使用性能及效果。對(duì)此，在公路橋梁竣工驗(yàn)收環(huán)節(jié)應(yīng)采用單片箱梁承載力檢測(cè)試驗(yàn)分析橋梁的實(shí)際承載能力及質(zhì)量水平，確保橋梁的安全性與穩(wěn)定性，也為以后橋梁養(yǎng)護(hù)工作提供更多的參考依據(jù)。

2 工程概況

某高速公路橋梁采用了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，單幅橋面寬為12.25 m，汽車的荷載量為公路Ⅰ級(jí)，現(xiàn)澆梁采用了先簡(jiǎn)后支的結(jié)構(gòu)。工作人員通過計(jì)算可知，箱梁的高度為1.6 m，且跨徑為30 m，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為等級(jí)C50。本次主要檢測(cè)編號(hào)為2-1與2-4兩片箱梁，其預(yù)留試塊的設(shè)計(jì)強(qiáng)度滿足了基本標(biāo)準(zhǔn)。但在回彈測(cè)試兩片箱梁的抗壓強(qiáng)度時(shí)，工作人員并未明確箱梁的實(shí)際承載力，且抗壓強(qiáng)度的平均值不能滿足標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

3 靜載試驗(yàn)

觀察受檢梁可以發(fā)現(xiàn)，施工支模處于較好的狀態(tài)，且箱梁外觀平整光滑。通過表面色澤可以看出，工作人員后期并未做好箱

梁的養(yǎng)護(hù)工作，兩個(gè)構(gòu)件表面并未發(fā)現(xiàn)明顯的荷載裂縫與非荷載裂縫。為了進(jìn)一步明確箱梁的實(shí)際情況，技術(shù)工作人員需要針對(duì)箱梁進(jìn)行非破損的荷載試驗(yàn)，以便有效確定箱梁的剛度、抗壓強(qiáng)度以及自身性能等因素，明確箱梁的實(shí)際承載力。但受技術(shù)等因素的限制，技術(shù)人員不能在檢測(cè)期間連續(xù)澆筑箱梁的現(xiàn)澆接頭，也無法在組裝完畢箱梁后立即開始檢測(cè)工作。本次施工工程中的箱梁力學(xué)性質(zhì)較易受到現(xiàn)澆連續(xù)接頭以及施工技術(shù)等因素的影響，且箱梁主要采用了先簡(jiǎn)后支的連續(xù)結(jié)構(gòu)。因此，在結(jié)合箱梁不受力時(shí)，應(yīng)針對(duì)箱梁進(jìn)行跨簡(jiǎn)支梁試驗(yàn)，并進(jìn)一步將其簡(jiǎn)化為箱梁支梁的受力模型。

3.1 試驗(yàn)項(xiàng)目

1)在施加荷載力的基礎(chǔ)上有效測(cè)定控制截面的應(yīng)變力。

2)在施加荷載力的基礎(chǔ)上檢測(cè)控制截面撓度。

3)在施加荷載力的基礎(chǔ)上檢測(cè)箱梁的開縫情況。

3.2 截面選取

在荷載力的作用下，為了有效測(cè)定箱梁內(nèi)力與變形情況，技術(shù)人員在選擇檢測(cè)截面時(shí)應(yīng)選擇可能產(chǎn)生最大內(nèi)力與最大變形的截面。同時(shí)，工作人員還應(yīng)在明確檢測(cè)目的的基礎(chǔ)上，充分考慮測(cè)試控制、數(shù)據(jù)采集等因素，將檢測(cè)截面定為跨中A—A截面，1/4跨B—B截面以及支點(diǎn)C—C截面，其具體位置如圖1所示。

3.3 布置測(cè)點(diǎn)

首先是布置應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，使用電阻應(yīng)變片、靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)等設(shè)施。受此橋梁橋面板鋪設(shè)構(gòu)造的影響，其不宜設(shè)置測(cè)點(diǎn)，且由于箱梁壁厚與梁高較小，為了便于作業(yè)，應(yīng)在箱梁控制截面?zhèn)让娌贾脩?yīng)變測(cè)點(diǎn)，每個(gè)截面布置6個(gè)測(cè)點(diǎn)，且均對(duì)稱布置。之后布置撓度測(cè)點(diǎn)，且在箱梁各個(gè)控制截面下利用電子位移計(jì)布置撓度測(cè)點(diǎn)，并在每個(gè)控制截面布置兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，具體位置如圖2所示。

除此之外，還應(yīng)觀測(cè)裂縫，加載前觀測(cè)裂縫的分布情況，在荷載持續(xù)結(jié)束后，測(cè)量箱梁兩條較大的裂縫寬度。在滿載后觀察箱梁是否存在新裂縫，并利用顯微鏡讀取裂縫實(shí)際寬度。

3.4 試驗(yàn)荷載

試驗(yàn)期間，計(jì)算試驗(yàn)荷載并完成布置工作，施工企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格參照《公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》以及《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》等條例，有效計(jì)算控制截面下的最不利內(nèi)力數(shù)值，確定構(gòu)建承載力檢驗(yàn)系數(shù)，得出控制截面的內(nèi)力計(jì)算值，并據(jù)此反算出試驗(yàn)荷載。計(jì)算期間，集中力P的各級(jí)加載值如表1所示。

表1 靜載試驗(yàn)集中力P各級(jí)加載值

同時(shí)，在試驗(yàn)期間還應(yīng)遵循以下加載原則：首先，試驗(yàn)采用分級(jí)加載方式使用車道荷載加載模式。其次，為了確保測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性與穩(wěn)定性，每增加一級(jí)荷載應(yīng)持續(xù)15 min。工作人員在采集工程情況數(shù)據(jù)信息時(shí)應(yīng)分兩次進(jìn)行，當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)差異較大時(shí)還需要完成第三次的數(shù)據(jù)采集工作。最后，工作人員還應(yīng)有效檢測(cè)箱梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力、裂縫以及變形情況，在沒有達(dá)到最大荷載力前，若箱梁變形、裂縫等未發(fā)現(xiàn)不正常受力問題，則應(yīng)停止加載。

4 靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 應(yīng)力及應(yīng)變特性

箱梁在保持荷載作用力下，無法測(cè)量相關(guān)的測(cè)試設(shè)備，加載于不同箱梁位置的荷載量，其混凝土表面產(chǎn)生的應(yīng)變?cè)隽繛榧虞d讀數(shù)與初讀數(shù)之差。之后根據(jù)應(yīng)力增量以及混凝土表面應(yīng)力計(jì)算公式得出，試驗(yàn)荷載作用下，2-1號(hào)與2-4號(hào)箱梁各測(cè)點(diǎn)混凝土表面最大拉應(yīng)力分別為0.046 MPa以及-0.161 MPa，滿足公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 撓度及變形特征

在靜荷載作用下，結(jié)構(gòu)變形反映了橋梁整體剛度特性，技術(shù)人員根據(jù)變形值=(加載讀數(shù)-初讀數(shù))×換算系數(shù)的計(jì)算公式測(cè)得各個(gè)構(gòu)件測(cè)點(diǎn)的實(shí)際變形值。且控制截面的撓度為同一截面兩個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)的平均值，計(jì)算得知，2-1與2-4箱梁最大撓度分別為19.00 mm與18.00 mm，得知箱梁具備足夠的剛度。

4.3 裂縫開展

加載試驗(yàn)過程中，判斷箱梁良好抗裂性能的關(guān)鍵因素為2-1與2-4箱梁均未出現(xiàn)裂縫問題。

總體而言，梁屬于典型的受彎構(gòu)件，在測(cè)量荷載作用下的箱梁應(yīng)變特性、撓度、裂縫情況與應(yīng)力時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)通過非破損靜載試驗(yàn)進(jìn)行鑒定，判斷施工的合理性及橋梁設(shè)計(jì)的正確性，明確其是否滿足基本的交通需求。通過上述分析可知，在荷載力的作用下，2-1與2-4箱梁的最大裂縫寬度、最大拉應(yīng)力以及最大撓度等指標(biāo)均滿足公路鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，且在正常使用狀態(tài)下，兩片箱梁的承載力滿足基本的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，測(cè)量過程中，雖然箱梁混凝土的實(shí)際抗壓強(qiáng)度沒有達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度數(shù)值，但其承載力依然滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，主要因?yàn)樵谙淞涸O(shè)計(jì)期間，技術(shù)人員已經(jīng)考慮了箱梁的可靠性，并進(jìn)行了一定的安全措施。

本次試驗(yàn)也存在不足之處：

1)本次試驗(yàn)以簡(jiǎn)化受力模型為基礎(chǔ)，但在箱梁實(shí)際結(jié)構(gòu)力學(xué)行為的檢測(cè)過程中，還應(yīng)充分考慮兩端現(xiàn)澆連續(xù)接頭與橫梁對(duì)箱梁力學(xué)特性產(chǎn)生的影響，為此試驗(yàn)期間的計(jì)算分析應(yīng)基于完整的受力模型。

2)此次承載力檢測(cè)試驗(yàn)為非破損，只可以檢測(cè)箱梁正常使用極限狀態(tài)下的承載力，無法檢測(cè)破壞荷載，還有待深入研究計(jì)算構(gòu)件破壞荷載。

5 結(jié)語

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，人們對(duì)出行要求也不斷增高。公路橋梁直接影響著人民群眾的人身及財(cái)產(chǎn)安全，而私家車的增多，對(duì)公路橋梁質(zhì)量提出了更高的要求，施工企業(yè)必須提高橋梁的承載能力。對(duì)此，必須重視公路橋梁?jiǎn)纹淞旱某休d力檢測(cè)工作，以便針對(duì)性的設(shè)置防護(hù)措施，提高橋梁質(zhì)量水平，為人們的安全出行提供更多保障。