劉 恒 曾芙霞 彭銳升 涂文祥

(湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院鐵道工程學(xué)院，湖南 衡陽 421002)

PC空心板橋作為一種裝配式結(jié)構(gòu)，由于其具有施工方便、受力明確的優(yōu)點(diǎn)，是一種較常用的橋梁結(jié)構(gòu)形式。隨著運(yùn)營時(shí)間的增加，結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)不同程度的損壞，為保證結(jié)構(gòu)安全不造成重大的交通安全事故，就需要對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載能力評定。靜載試驗(yàn)是一種較直觀的檢測方法。

1 工程概況

某省道在役PC空心板橋已使用15年，上部結(jié)構(gòu)為3×20 m的 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板簡支梁，采用后張法，先簡支后橋面連續(xù)。橋梁全長68.40 m，橋梁全寬10.5 m，凈9.5 m(行車道)+2×0.5 m(防撞欄桿)。本橋平面位于直線上，跨越小河，與河流交角30°，橋面橫坡為雙向2%，縱坡為-3.495%。全橋橫斷面由8片空心板組成，橫向按鉸接板考慮，空心板采用交通部通用圖，高950 mm，寬1 240 mm，頂、底板厚120 mm。下部結(jié)構(gòu)橋臺采用雙柱式輕型橋臺，橋墩采用雙柱式輕型墩。墩臺采用樁基礎(chǔ)。橋梁設(shè)計(jì)荷載等級為公路—Ⅱ級。

2 靜載試驗(yàn)

2.1 有限元計(jì)算模型

依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)，采用橋梁結(jié)構(gòu)有限元分析軟件MIDAS/Civil中的梁格法建模分析。該橋?yàn)楹喼ЫY(jié)構(gòu)，選取第三跨進(jìn)行建模分析，共劃分為894個(gè)單元和647個(gè)節(jié)點(diǎn)。橫向鉸接板聯(lián)系采用釋放虛擬橫梁梁端約束進(jìn)行模擬，支座按支座剛度參數(shù)進(jìn)行模擬。全橋有限元模型見圖1。

2.2 測點(diǎn)布置及測試方法

本橋靜載試驗(yàn)測試內(nèi)容為梁體撓度、應(yīng)力和裂縫，測試斷面為跨中截面。撓度測試采用百分表測試，每塊板跨中截面和支座附近底面中心位置放置一個(gè)百分表，百分表通過磁性表座固定在測試用鋼管支架上，該支架與行走腳手架獨(dú)立開，測試過程該支架固定不動(dòng)。撓度測試精度為0.01 mm。應(yīng)變測試采用靜態(tài)電阻應(yīng)變儀測試，每塊空心板跨中底面中心位置用502膠水貼兩片應(yīng)變片，通過電源線接至應(yīng)變儀，應(yīng)變片與混凝土表面貼合緊密，無氣泡無折皺。應(yīng)變測試精度為1 με。梁體裂縫觀測先采用目測和望遠(yuǎn)鏡搜索，發(fā)現(xiàn)有裂縫后采用裂縫觀測儀測量裂縫寬度，用鋼尺測量其長度?？缰薪孛鎿隙群蛻?yīng)變測點(diǎn)見圖2。

2.3 試驗(yàn)加載

經(jīng)計(jì)算，本次試驗(yàn)采用4臺總重320 kN的三軸汽車進(jìn)行加載，分三級加載一次性卸載。試驗(yàn)共分為兩個(gè)工況。

工況Ⅰ：第三跨跨中截面最大正彎矩(中載)。

第三跨3號梁跨中截面彎矩影響線見圖3。

工況Ⅰ加載車輛布置見圖4。

工況Ⅱ：第三跨跨中截面最大正彎矩(偏載)。

第三跨1號梁跨中截面彎矩影響線見圖5。

工況Ⅱ加載車輛布置見圖6。

各工況荷載效率系數(shù)見表1。

表1 靜載試驗(yàn)效率系數(shù)表

2.4 靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)處理后，得出各測點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行評定。校驗(yàn)系數(shù)是在試驗(yàn)荷載作用下量測的彈性變位(或應(yīng)變)值與試驗(yàn)荷載作用下理論計(jì)算變位(或應(yīng)變)值的比值。

2.4.1跨中撓度

梁體實(shí)測撓度由跨中截面實(shí)測值進(jìn)行支座修正后得到的數(shù)值，撓度數(shù)據(jù)見表2，各測點(diǎn)撓度理論值和實(shí)測值對比見圖7。

表2 撓度測試結(jié)果 mm

從表2，圖7中可以看出，各工況下大部分測點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)介于0.8～1.0之間，部分測點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)超過1，說明結(jié)構(gòu)剛度較差。

2.4.2梁底應(yīng)力

梁體實(shí)測應(yīng)變由儀器自動(dòng)記錄，應(yīng)力根據(jù)胡克定律由實(shí)測應(yīng)變和材料的彈性模量計(jì)算得出。各梁底應(yīng)變數(shù)據(jù)見表3，表中數(shù)據(jù)為同一塊板底兩處應(yīng)變的平均值。

表3 應(yīng)變測試結(jié)果 με

從表3,圖8中可以看出，各工況下大部分測點(diǎn)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)介于0.8～1.0之間，部分測點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)超過1，說明結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較差。

2.4.3梁體裂縫

試驗(yàn)前對梁體裂縫進(jìn)行了檢查，對裂縫的寬度和長度進(jìn)行了記錄。試驗(yàn)過程梁體裂縫有變寬但長度方向未發(fā)展，卸載后部分裂縫寬度較試驗(yàn)前有所增加，但大部分能恢復(fù)到加載前狀態(tài)。

3 結(jié)語

從以上3個(gè)檢測項(xiàng)目數(shù)據(jù)分析得出：

1)校驗(yàn)系數(shù)大部分介于0.8～1.0之間，部分超過1，殘余變位基本上在20%以內(nèi)，說明該橋安全儲備不足，梁體出現(xiàn)裂縫，承載能力較差，應(yīng)進(jìn)行加固處理。

2)對于外觀檢查中發(fā)現(xiàn)3號板與4號之間鉸縫混凝土不密實(shí)、脫空的現(xiàn)象，在靜載試驗(yàn)中體現(xiàn)為3號、4號校驗(yàn)系數(shù)明顯偏大，說明鉸縫質(zhì)量對全橋的承載能力有較大的影響。