姚 嘉

(北京交通大學(xué) 土木與建筑學(xué)院，北京 100044)

長安街是北京市的一條東西軸線，原東起建國門，西至復(fù)興門，天安門及天安門廣場坐落于長安街中點(diǎn)的兩側(cè)。受有關(guān)部門委托對南池子通道、南長街通道、石碑胡同等6條地下通道進(jìn)行實裝荷載試驗。

1 工程概況

南池子通道修建于1994年，凈寬10.0 m，凈高3.2 m，長約53.4 m，采用淺埋暗挖法施工。覆土深度0.8～1.2 m，初期支護(hù)為噴厚35 cm的C20混凝土及格柵支護(hù);二次襯砌為厚40 cm的防水鋼筋混凝土。設(shè)計荷載:汽超—20，掛—120。

2 試驗方案

2.1 試驗荷載

采用委托方提供的實際裝備，即履帶裝備4臺。履帶裝備荷載圖式見圖1。

2.2 工況及車輛布置

圖1 履帶裝備荷載圖式(單位:m)

地下通道跨徑為7～12 m，縱向以一列車布置在各通道跨中，見圖2。

圖2 荷載車輛布置圖式

橫向按照裝備方陣橫向間距布置(工況一)，見圖3。

2.3 檢測內(nèi)容

通道荷載試驗測試內(nèi)容有:頂板跨中位移，頂板最大位移點(diǎn)動位移，頂板跨中應(yīng)力，頂板裂縫開展情況調(diào)查，通道上路面沉降，通道自振頻率。

2.4 測點(diǎn)布置(見圖3)

3 測試結(jié)果

3.1 通道的結(jié)構(gòu)計算與力學(xué)分析

本次南池子通道工況一結(jié)構(gòu)計算，首先根據(jù)《六十周年國慶道路工程組實裝荷載試驗實施方案》確定車位，考慮荷載車的縱向和橫向布置情況，以及橫向折減系數(shù)及荷載組合后，采用通用有限元程序進(jìn)行分析。內(nèi)力分析時相關(guān)參數(shù)設(shè)置有:①有限元單元類型，混凝土結(jié)構(gòu)采用solid concrete 65;②材料特性，C20混凝土，彈性模量2.55×104MPa，泊松比0.2。

南池子通道結(jié)構(gòu)計算模型見圖4，第四級荷載作用下結(jié)構(gòu)豎向變形和應(yīng)力云圖見圖5。

3.2 結(jié)構(gòu)測點(diǎn)豎向位移(見表1，圖6～圖10)

圖3 履帶裝備荷載試驗測點(diǎn)布置(單位:kN)

圖4 南池子通道(工況一)結(jié)構(gòu)計算模型

表1 南池子通道(工況一)結(jié)構(gòu)測點(diǎn)豎向位移 mm

3.3 結(jié)構(gòu)應(yīng)力(見表2、圖11)

表2 不同加載等級的荷載—應(yīng)力值(工況一)MPa

3.4 自振頻率(見圖12、圖13和表3)

表3 計算頻率和實測頻率 Hz

圖5 第四級荷載(100%)作用下(工況一)結(jié)構(gòu)豎向變形和應(yīng)力云圖

圖6 結(jié)構(gòu)測點(diǎn)最大靜位移沉降槽曲線(工況一)

圖7 各測點(diǎn)豎向荷載—位移關(guān)系曲線(工況一)

圖8 線性相關(guān)圖(工況一)

圖9 加載過程位移曲線(工況一)

圖10 卸載過程位移—時間曲線(工況一)

圖11 荷載—應(yīng)力曲線(工況一)

3.5 地面沉降(見表4、圖14)

表4 南池子南側(cè)路面測點(diǎn)高程變化(工況一)

圖12 南池子通道(工況一)計算一階模態(tài)

圖13 南池子通道(工況一)信號頻譜分析

3.6 裂縫觀測

試驗荷載作用下裂縫寬度不應(yīng)超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的許可值，并且卸載后應(yīng)閉合到小于容許值的1/3。原有的其它裂縫(施工的、收縮的溫度裂縫)，受載后也不應(yīng)超過標(biāo)準(zhǔn)容許寬度。靜載試驗時對南池子通道寬度較大的裂縫(彎曲裂縫)進(jìn)行了觀測，觀測結(jié)果見表5。

4 荷載試驗結(jié)果分析

4.1 加載效率

本次靜載試驗選擇最大正彎矩截面，即跨中截面為控制截面。

表5 各級試驗荷載作用下裂縫的開展情況(工況一) mm

式中，ηq為靜載試驗荷載效率;Ss為靜載試驗荷載作用下控制截面內(nèi)力計算值;S為控制荷載作用下控制截面最不利內(nèi)力計算值;(1+μ)為按規(guī)范采用的動力增大系數(shù)。本次試驗的加載效率為1.02。

4.2 校驗系數(shù)n的評定

結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)是試驗荷載下實測變位S實測(位移或應(yīng)變)與理論計算變位S計算的比值η，比值越小說明橋梁安全儲備越大，一般要求結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)不大于1。

由本次試驗撓度(或應(yīng)變)統(tǒng)計結(jié)果和對比分析圖線，校驗系數(shù)見表6、表7。

表6 結(jié)構(gòu)(撓度)校驗系數(shù)統(tǒng)計(工況一)

表7 結(jié)構(gòu)(應(yīng)變)校驗系數(shù)統(tǒng)計(工況一)

4.3 殘余變形評定(見表8)

相對殘余變形(或應(yīng)變)定義為:殘余變形(或應(yīng)變)SP/總變形(或應(yīng)變)Stot。相對殘余變形越小說明結(jié)構(gòu)越接近于彈性工作狀態(tài)，一般要求相對殘余變形＞20%，當(dāng)相對殘余變形＞20%時，應(yīng)查明原因，如確系結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足，應(yīng)降低結(jié)構(gòu)承載能力。

表8 撓度實測殘余值及評定結(jié)果

4.4 裂縫評定

試驗荷載作用下裂縫寬度不應(yīng)超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的許可值，并且卸載后應(yīng)閉合到小于容許值的1/3。原有的其它裂縫(施工的、收縮的溫度裂縫)，受載后也不應(yīng)超過標(biāo)準(zhǔn)容許寬度。所列裂縫寬度的測試結(jié)果表明(見表5)，在各級試驗荷載作用下，所測的裂縫均有不同程度的增長，其中裂縫的最大增長量達(dá)0.05 mm。

5 結(jié)語

根據(jù)直觀檢查評定結(jié)構(gòu)的承載力能力具有很大的主觀性，而通過靜載和動載試驗，可以分析現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)，并能進(jìn)一步準(zhǔn)確地評定其承載能力。由于本次檢測所用荷載車為軍用履帶車，發(fā)動時帶有強(qiáng)烈的振動，且部分通道上方有覆土層，土體的不均勻及不確定性亦會直接影響檢測結(jié)果。通過在內(nèi)部試驗路上進(jìn)行多次試驗，結(jié)合現(xiàn)場勘察，修改計算模型，使其盡量模擬結(jié)構(gòu)真實受力情況。通過本次檢測，可為日后同類檢測項目總結(jié)積累經(jīng)驗，為今后的養(yǎng)護(hù)管理提供科學(xué)依據(jù)。

［1］中華人民共和國交通部.JTJ021—89 公路橋涵設(shè)計規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，1989.

［2］中華人民共和國建設(shè)部.CJJ69—95 城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范［S］.北京:建筑工業(yè)出版社，1995.

［3］中華人民共和國建設(shè)部.GBT50344—2004 建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:建筑工業(yè)出版社，2004.