葉 洪

(福建省永正工程質(zhì)量檢測有限公司,福建 福州 350012)

預(yù)制板梁結(jié)構(gòu)具有可平行施工、集中批量生產(chǎn)、節(jié)省施工成本等優(yōu)點(diǎn),常用于中小跨度橋梁,預(yù)應(yīng)力技術(shù)既可以減輕橋梁重量,又可以避免公路混凝土出現(xiàn)裂縫,所以在公路橋梁施工中得到廣泛的應(yīng)用[1]。在實(shí)際工程中,由于施工管理、設(shè)計(jì)變更、不可抗力等因素影響,可能造成預(yù)制梁未能及時(shí)吊裝而超期存梁,其力學(xué)性能較原設(shè)計(jì)會(huì)發(fā)生較大變化,影響工程項(xiàng)目質(zhì)量和后期施工。因此,有必要對超期存梁進(jìn)行可靠度評估分析,確保成橋安全。本文以某實(shí)際工程中超期存放的預(yù)制預(yù)應(yīng)力空心板梁為研究背景,結(jié)合目前的檢測評估手段,制定完整的評估方案,并根據(jù)結(jié)果對預(yù)制梁存放、超期存梁的再利用提出一些建議,供類似工程參考。

1 工程概況

原某橋橋梁全長56.60m,橋?qū)?1.00m,橋梁上部結(jié)構(gòu)采用3×16m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板,預(yù)制板高0.80m,寬1.24m,原設(shè)計(jì)荷載等級為城-A級。由于橋梁位于工業(yè)園區(qū)需通行特種車輛,經(jīng)變更設(shè)計(jì)后,原空心板梁預(yù)制完成后未吊裝使用,為充分利用已施工舊梁,待建新橋結(jié)合原橋梁上部主梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),橋梁上部結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)荷載等級不變。但原預(yù)制梁已存放12個(gè)月左右,超過規(guī)范規(guī)定的三個(gè)月期限,為評價(jià)預(yù)制梁的結(jié)構(gòu)性能,保證舊梁安全利用,擬對全部預(yù)制梁進(jìn)行可靠性評估。

2 可靠度評估方案

考慮到該批預(yù)制梁露天堆放,且未按等效荷載對預(yù)制梁進(jìn)行預(yù)壓,經(jīng)分析可能產(chǎn)生的不利影響后,確定從以下幾個(gè)方面進(jìn)行檢測評估。

2.1 外觀檢測

構(gòu)件外觀質(zhì)量的好壞及是否存在外觀缺陷,在一定程度上反映了混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)在品質(zhì),通過外觀檢測可以初步了解預(yù)制梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀。

2.2 實(shí)體檢測

對全部預(yù)制梁進(jìn)行混凝土強(qiáng)度、混凝土碳化狀況、鋼筋保護(hù)層厚度進(jìn)行檢測。通過實(shí)體檢測,確認(rèn)材料特性、退化程度和退化的性質(zhì),以及對結(jié)構(gòu)性能和耐久性的影響。

2.3 上拱度檢測

預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁張拉后,上拱度主要由兩部分產(chǎn)生,一部分是張拉后大于自重的鋼絞線作用力,另一部分是混凝土收縮徐變產(chǎn)生的上拱度,一般情況下混凝土在兩周內(nèi)完成最終徐變的25%,3個(gè)月內(nèi)完成最終徐變的5O%,一年內(nèi)完成最終徐變的75%,幾年后就趨于穩(wěn)定[2]。預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁存放時(shí)間過長,于施加預(yù)應(yīng)力的原因,往往造成預(yù)制梁上拱值過大,這樣就會(huì)給梁體的預(yù)制施工以及橋面鋪裝帶來困難,同時(shí)也會(huì)使橋面不平順、不美觀,在通車后,力學(xué)性能也會(huì)受到影響,進(jìn)而影響到橋梁的安全性和耐久性[3]。因此必須了解該批預(yù)制梁的上拱度現(xiàn)狀。

2.4 單梁靜載試驗(yàn)

預(yù)制空心板靜力荷載試驗(yàn)是檢驗(yàn)預(yù)制空心板結(jié)構(gòu)受力特征的最直接和最有效的方法,主要是測量結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下的撓度和應(yīng)變,了解試驗(yàn)梁實(shí)際強(qiáng)度、剛度及受力性能,檢驗(yàn)試驗(yàn)梁在荷載作用下,各結(jié)構(gòu)響應(yīng)是否符合規(guī)范要求。

3 超期存梁的可靠度分析

3.1 外觀檢測

現(xiàn)場對全部預(yù)制梁進(jìn)行外觀檢測,結(jié)果表明,除部分由于養(yǎng)護(hù)、施工原因造成的裂縫外,未發(fā)現(xiàn)其它典型病害。

3.2 實(shí)體檢測

現(xiàn)場對預(yù)制梁進(jìn)行混凝土強(qiáng)度、混凝土碳化狀況、鋼筋保護(hù)層厚度檢測,結(jié)果表明,該批預(yù)制梁的材料特性良好,未發(fā)現(xiàn)明顯退化現(xiàn)象,符合設(shè)計(jì)要求。

3.3 上拱度檢測

現(xiàn)場對全部預(yù)制梁進(jìn)行上拱度檢測,結(jié)果表明,該批預(yù)制梁上拱度都大于相關(guān)規(guī)范規(guī)定90天的存梁期上拱度計(jì)算值。

3.4 單梁靜載試驗(yàn)

綜合外觀檢測、無損檢測、上拱度檢測結(jié)果及預(yù)制梁預(yù)制時(shí)間,為進(jìn)一步評價(jià)超期存梁對承載能力的影響,選取部分具有代表性的預(yù)制梁進(jìn)行單梁靜載試驗(yàn)。本文以其中一片空心板為例,介紹現(xiàn)場試驗(yàn)檢測內(nèi)容、過程及試驗(yàn)結(jié)果分析方法。

3.4.1 實(shí)驗(yàn)工況

根據(jù)預(yù)制梁的受力特點(diǎn),試驗(yàn)時(shí)將試驗(yàn)梁架設(shè)在堅(jiān)硬基礎(chǔ)上,梁體底面離地面約0.8m,臨時(shí)支座根據(jù)設(shè)計(jì)支承中心布置,主要檢測項(xiàng)目為在各級荷載作用下試驗(yàn)梁控制截面(1/4截面、跨中截面、3/4截面)的應(yīng)變和撓度測量及試驗(yàn)梁的梁體破損、裂縫情況的觀測。測試斷面如圖1所示,在試驗(yàn)梁1/4截面、跨中截面、3/4截面梁底布置應(yīng)變、撓度測點(diǎn),在兩端支承中心附近布置撓度測點(diǎn)用來修正支座及基礎(chǔ)沉降。

圖1 測點(diǎn)斷面布置示意圖

控制荷載為設(shè)計(jì)荷載并考慮二期恒載作用的最不利效應(yīng)組合,本次試驗(yàn)采用單個(gè)尺寸為0.8m×0.8m×1.6m的混凝土試塊進(jìn)行等效布載。為保證試驗(yàn)過程安全及與更科學(xué)合理的分析比較,本次試驗(yàn)分四級加載,每次加載約為控制荷載的25%。

3.4.2 數(shù)值建模分析

采用有限元軟件Midas Civil分別建立橋梁結(jié)構(gòu)整橋及單梁模型,結(jié)構(gòu)材料特性根據(jù)設(shè)計(jì)資料確定,支座約束按簡支梁設(shè)置。根據(jù)各工況靜力荷載布置情況,對有限元模型進(jìn)行加載,實(shí)現(xiàn)方法是根據(jù)實(shí)際加載荷載大小,對梁單元施加節(jié)點(diǎn)均布荷載。

3.4.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)值計(jì)算結(jié)果對比分析

現(xiàn)場撓度采用百分表進(jìn)行測量,表1列出了試驗(yàn)梁在各級荷載作用下各測試截面撓度測點(diǎn)的實(shí)測值和理論計(jì)算值。各級荷載下試驗(yàn)梁撓度分布情況見圖2。由于篇幅所限,文中僅給出了跨中截面梁底各級實(shí)測撓度與理論撓度比較圖,見圖3,其它斷面類似。

表1 各級試驗(yàn)荷載下實(shí)測撓度與理論撓度比較

注：撓度以向下為正,向上為負(fù)。

圖2 各級荷載下各控制截面撓度分布情況

圖3 跨中截面各級荷載下?lián)隙葘?shí)測值與理論值關(guān)系曲線

從表1及圖2～圖3可以看出,試驗(yàn)梁各控制截面在荷載作用下所檢測點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)符合規(guī)范規(guī)定的不大于1.00的限值要求[4],且實(shí)測撓度與計(jì)算跨徑的比值小于規(guī)范限值L/600,相對殘余變位小于規(guī)范規(guī)定的20%限值要求,各測點(diǎn)實(shí)測撓度與試驗(yàn)荷載基本呈線性關(guān)系,試驗(yàn)結(jié)果表明試驗(yàn)梁變形性能良好,處于彈性工作階段,結(jié)構(gòu)剛度符合設(shè)計(jì)要求。

表2列出了試驗(yàn)梁在各級荷載作用下各測試截面應(yīng)變測點(diǎn)的實(shí)測值和理論計(jì)算值。圖2繪制了各級荷載下試驗(yàn)梁應(yīng)變分布情況。圖3給出了跨中截面梁底各級實(shí)測應(yīng)變與理論應(yīng)變關(guān)系曲線。

表2 各級試驗(yàn)荷載下實(shí)測應(yīng)變與理論應(yīng)變比較

注：應(yīng)變以負(fù)值為壓應(yīng)變,正值為拉應(yīng)變。

從表2及圖4～圖5可以看出,試驗(yàn)梁各控制截面在荷載作用下所檢測點(diǎn)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)符合規(guī)范規(guī)定的不大于1.00的限值要求,且相對殘余應(yīng)變小于規(guī)范規(guī)定的20%限值要求,各測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)變與試驗(yàn)荷載基本呈線性關(guān)系,試驗(yàn)結(jié)果表明試驗(yàn)梁處于彈性工作狀態(tài),結(jié)構(gòu)強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。

3.4.4 關(guān)鍵部位異常情況及裂縫觀測

試驗(yàn)梁在各級荷載試驗(yàn)過程中,各控制截面和梁體未發(fā)現(xiàn)混凝土破損現(xiàn)象,未發(fā)現(xiàn)明顯肉眼可見新增裂縫,說明試驗(yàn)梁在自重、預(yù)應(yīng)力和試驗(yàn)荷載的共同作用下,控制截面下緣混凝土處于受壓狀態(tài)或拉應(yīng)力小于材料抗拉強(qiáng)度,結(jié)構(gòu)的抗裂性能滿足規(guī)范要求。

圖4 各級荷載下各控制截面應(yīng)變分布情況

圖5 跨中截面各級荷載下應(yīng)變實(shí)測值與理論值關(guān)系曲線

綜上所述,試驗(yàn)梁在設(shè)計(jì)荷載作用下工作狀態(tài)良好,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度及抗裂性能均滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論與建議

通過對超期存放預(yù)制空心板梁進(jìn)行可靠度評估,得到以下結(jié)論和建議：①本批預(yù)制梁超期存放雖未對預(yù)制梁承載力造成嚴(yán)重的影響,但超期存梁造成預(yù)制梁上拱度均大于設(shè)計(jì)控制值,在后期再利用設(shè)計(jì)、施工中應(yīng)著重考慮上拱度過大造成的影響,且由于預(yù)制梁存放時(shí)間過長,在后期施工中也應(yīng)注意與橋面現(xiàn)澆層由于齡期差別而產(chǎn)生過大收縮差；②預(yù)制梁板超期存放后的起拱度隨時(shí)間的延長而增大,主要由偏心預(yù)加力和徐變效應(yīng)引起。在預(yù)制梁存放期,應(yīng)加強(qiáng)其養(yǎng)護(hù)工作,并對預(yù)制梁上拱度進(jìn)行觀測,必要時(shí)應(yīng)根據(jù)等效代換原則對預(yù)制梁加載預(yù)壓,控制預(yù)制梁板起拱過大問題；③成橋后應(yīng)進(jìn)行橋梁靜動(dòng)載試驗(yàn),根據(jù)實(shí)測荷載橫向分布系數(shù)評定橋梁橫向傳力性能,分析橋梁的橫向聯(lián)系及各片預(yù)制梁的工作狀態(tài),綜合判定成橋后橋梁結(jié)構(gòu)整體承載能力。

[1]張彥山.公路橋梁施工中預(yù)應(yīng)力技術(shù)探討[J].江西建材,2016(06)：238.

[2]秦飛.淺析先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁反拱度理論值與實(shí)測值之差異[J].公路.2015(10)：27-29．

[3]李暢.預(yù)制混凝土梁反拱度設(shè)置理論和控制技術(shù)研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2012．

[4]JTG/T J21-2011公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程[S].2011．