魏 偉

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司，山西 太原 030032)

在改擴(kuò)建項(xiàng)目中橋梁占有比重較大，技術(shù)狀況千差萬別，而且舊橋加寬存在技術(shù)復(fù)雜、實(shí)施難度高、對交通通行影響大等的特點(diǎn)。舊橋加寬的研究不僅可以有效提高舊橋的承載能力和延長橋梁的使用壽命，還能避免大規(guī)模重復(fù)建設(shè)造成的經(jīng)濟(jì)損失，有利于綠色、環(huán)保，經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著。

本文通過靜載試驗(yàn)檢驗(yàn)橋梁承載力能否滿足設(shè)計及使用要求，檢驗(yàn)橋梁工程質(zhì)量，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的可靠性。掌握橋梁技術(shù)狀況，為后期運(yùn)營、養(yǎng)護(hù)提供技術(shù)資料和依據(jù)。

1 工程概況

加寬后橋梁寬：0.5 m(防撞護(hù)欄)+18.5 m(行車道)+0.5 m(中央分隔帶)+0.5 m(防撞護(hù)欄)+18.5 m(行車道)+0.5 m(防撞護(hù)欄)=39.5 m(原橋24.5 m)。

上部結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)形式為6×30 m+13 m，裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁+空心板；右幅上部結(jié)構(gòu)采用6×30 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁；橋梁下部結(jié)構(gòu)采用薄壁空心墩、肋板橋臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。本橋加寬方式采用上部連接、下部不連接，拼寬部分上部結(jié)構(gòu)類型與原橋一致，下部結(jié)構(gòu)采用薄壁式空心墩、柱式墩、柱式臺、薄壁臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。荷載等級：原有橋梁：汽車-超20級，掛車-120；加寬橋梁：公路-Ⅰ級。

2 受力計算

采用平面桿件單元進(jìn)行仿真模擬，并采用橋梁計算通用軟件橋博對結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模分析及荷載的加載。全橋共劃分為132個梁單元，133個節(jié)點(diǎn)，如圖1所示。

圖1 全橋結(jié)構(gòu)離散圖

結(jié)構(gòu)計算所得的主橋活載彎矩包絡(luò)圖及最大彎矩值對應(yīng)斷面如圖2及表1所示。

圖2 活載作用下主梁彎矩包絡(luò)圖

表1 各測試斷面理論控制值表

根據(jù)主橋活載效應(yīng)包絡(luò)圖及橋梁實(shí)際情況確定橋梁的試驗(yàn)控制斷面。本次試驗(yàn)選擇了3個最不利正應(yīng)力測試斷面、1個最不利剪應(yīng)力測試斷面。1#斷面為右幅第一跨0.4L；2#斷面為右幅1#墩支點(diǎn)；3#斷面為右幅第二跨L/2，各測試斷面理論控制值見表1。

3 荷載設(shè)計

3.1 加載原則

本次加載試驗(yàn)?zāi)康氖切ｒ?yàn)結(jié)構(gòu)的工作性和承載力是不是達(dá)到設(shè)計文件的要求，復(fù)核工程的可靠性和安全度。加載荷載大小的確定可按控制應(yīng)力和撓度等效原則確定。試驗(yàn)效率采取以下公式(1)計算，其數(shù)值的大小宜介于0.85～1.05之間。

η=Sstat/(S·б)

(1)

式中：Sstat—試驗(yàn)荷載作用下，檢測部位變位或力的計算值；S—設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)活載荷載作用下，檢測部位或力的計算值(不計動力系數(shù))；б—設(shè)計取用的動力系數(shù)。

靜載試驗(yàn)選用點(diǎn)荷載模擬車輛進(jìn)行加載，根據(jù)試驗(yàn)條件及本橋結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及場地條件，本次試驗(yàn)最終所選取加載工況及試驗(yàn)荷載效率見表2，加載效率達(dá)到我國現(xiàn)行規(guī)范的要求，滿足對橋梁力學(xué)性能檢驗(yàn)和分析的要求。

表2 各工況加載效率及測試項(xiàng)目

3.2 測試項(xiàng)目及加載工況

本次試驗(yàn)的工況1～5控制采用逐級加載方式，所有的工況采用3級加載的方式進(jìn)行。

3.3 加載車輛

本次試驗(yàn)根據(jù)計算，選用四輛東風(fēng)雙后軸作為試驗(yàn)加載車輛，車輛軸重嚴(yán)格按照試驗(yàn)荷載設(shè)計的要求進(jìn)行稱重控制。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 混凝土應(yīng)變

由各主要控制測試斷面混凝土應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)表可以看出，應(yīng)變的校驗(yàn)系數(shù)主要集中在0.64～0.82范圍內(nèi)，均明顯低于《大跨經(jīng)混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》中所規(guī)定的1.05的上限，表明試驗(yàn)跨主梁抗彎強(qiáng)度能夠滿足設(shè)計要求，各主要控制測試斷面混凝土應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)見表3。

表3 正應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)表

4.2 混凝土剪力

由實(shí)測混凝土剪應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)表可以看出，檢驗(yàn)系數(shù)集中在0.53～0.76范圍內(nèi)，明顯低于《大跨經(jīng)混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》中所規(guī)定的1.05的上限，表明該橋現(xiàn)有抗剪強(qiáng)度滿足設(shè)計要求，實(shí)測混凝土剪應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)見表4。

表4 剪應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)表

4.3 撓度結(jié)果

由各主要控制測點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)表可以看出，撓度值的校驗(yàn)系數(shù)主要集中在0.60～0.90范圍內(nèi)，均明顯低于《大跨經(jīng)混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》中所規(guī)定的1.05的上限，表明該橋抗彎剛度能夠滿足設(shè)計和使用要求，各主要控制測點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)見表5。

表5 撓度校驗(yàn)系數(shù)

4.4 斷面應(yīng)力分布

由各測試斷面應(yīng)力分布圖可以看出，主梁不同高度位置實(shí)測應(yīng)力基本在一條直線上，符合平載面假定。且實(shí)測得到的主梁中性軸與模型計算結(jié)果一致，說明橋梁的實(shí)際截面特性與理論計算基本一致，應(yīng)力分布如圖3、圖4所示。

圖3 工況二1#斷面1#梁應(yīng)力分布圖

圖4 工況二2#斷面1#梁應(yīng)力分布圖

4.5 斷面橫向撓度

由各測試斷面的橫向位移曲線可知，在各工況荷載作用下，測試斷面的位移曲線與理論計算結(jié)果的位移規(guī)律能較好的吻合，由此可以得知橋梁的整體性和橫向聯(lián)系較好，橫向位移曲線如圖5、圖6所示。

圖5 工況一1#斷面橫向撓度曲線圖

圖6 工況四3#斷面橫向撓度曲線圖

4.6 撓度殘值

各主要工況荷載作用下對應(yīng)的主要控制測點(diǎn)撓度相對殘余值均小于規(guī)范規(guī)定要求的0.2，說明橋梁的彈性工作性能較好。相對殘余值見表6。

表6 主要測點(diǎn)撓度(中載)相對殘余值表

4.7 裂縫

試驗(yàn)過程中，主梁沒有新裂縫產(chǎn)生，橋梁墩臺與基礎(chǔ)未見異常情況，說明橋梁的抗裂性能及墩臺基礎(chǔ)的工作性基本能滿足正常工作要求。

5 結(jié) 論

通過建模分析計算，提取汽車荷載作用下各個梁的撓度、應(yīng)變等數(shù)據(jù)，與試驗(yàn)中測得數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從結(jié)果中可以看出試驗(yàn)數(shù)據(jù)與計算數(shù)據(jù)吻合較好。試驗(yàn)中未發(fā)現(xiàn)裂縫產(chǎn)生，說明翼緣連接可靠，結(jié)構(gòu)整體性較好滿足相關(guān)規(guī)范要求。此次試驗(yàn)橋梁探明地質(zhì)較好，試驗(yàn)中未發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)變形，故未做沉降量觀測。

現(xiàn)場荷載試驗(yàn)選取的實(shí)例小箱梁橋，新舊橋之間采用翼緣連接，連接部分均無橫梁，下部不連接。這種連接方式橫向剛度較小，彎矩傳遞效率較低，但能有效的傳遞剪力，橫向傳力明確。新舊橋橫向連接后，橋面平整性、舒適性好，且能較好的適應(yīng)正常的運(yùn)營交通。