宋書昌

（煙臺(tái)市公路管理局科研所，山東 煙臺(tái) 264010）

0 引言

隨著我國(guó)交通建設(shè)規(guī)模的不斷增大，各種橋梁建設(shè)日漸增多，綜合考慮施工、工期和造價(jià)等方面的因素，預(yù)制及吊裝預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁橋最為常見。為進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量及安全性能檢測(cè)，并采取有效的橋梁安裝及加固措施，使橋梁結(jié)構(gòu)服役壽命得到延長(zhǎng)，必須通過(guò)靜載試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)對(duì)橋梁承載性能進(jìn)行定性和定量評(píng)價(jià)。

1 靜載試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于橋梁工程質(zhì)量管理概述

靜載試驗(yàn)是將靜止荷載施加在待檢測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的既定位置，進(jìn)行其靜力位移、應(yīng)力應(yīng)變、沉降、裂縫等靜態(tài)參數(shù)的檢測(cè)，并將靜載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果作為橋梁結(jié)構(gòu)控制截面強(qiáng)度、剛度、抗裂性能分析及橋梁工程質(zhì)量管理的重要依據(jù)。

靜載試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)在橋梁工程質(zhì)量管理中通常應(yīng)用于以下方面：一是進(jìn)行控制截面參數(shù)測(cè)量。在試驗(yàn)前通常在截面高度按豎向布設(shè)3～5個(gè)測(cè)點(diǎn)，通常設(shè)置在上緣、下緣和突變位置，以進(jìn)行截面應(yīng)力應(yīng)變、截面位移、墩頂位移、支座沉降等參數(shù)的測(cè)量，如果有必要，還包括對(duì)支點(diǎn)、橫隔板周圍拉應(yīng)力和剪應(yīng)力的測(cè)量。二是進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)位移進(jìn)行測(cè)量，將至少3個(gè)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在各試驗(yàn)跨內(nèi)設(shè)計(jì)位置，并參照橋梁結(jié)構(gòu)最大橫縱向位移、變位、支座沉降進(jìn)行控制截面撓度與內(nèi)力影響線的分析，為橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量管理提供依據(jù)。三是橋梁裂縫觀測(cè)，在靜載試驗(yàn)過(guò)程中還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)新舊裂縫荷載量值的檢測(cè)與記錄，卸掉荷載后，除記錄結(jié)構(gòu)參數(shù)殘余量值外，還應(yīng)進(jìn)一步測(cè)量既有裂縫的閉合狀態(tài)，若其在靜載試驗(yàn)后并未達(dá)到控制荷載情況下裂縫的狀態(tài)，則應(yīng)立即停止加載[1]，并深入分析原因。

就試驗(yàn)原理而言，通常對(duì)預(yù)制完成的空心板梁直接加載以進(jìn)行單片預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁靜載試驗(yàn)，通過(guò)各種試驗(yàn)儀器的應(yīng)用對(duì)梁體結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和撓度進(jìn)行檢測(cè)，并最終在梁體整體運(yùn)行狀態(tài)下確定出受外力影響后梁體所發(fā)生應(yīng)變的程度。首先采用有限元軟件得出橋梁梁體成橋后在極限狀態(tài)下運(yùn)營(yíng)時(shí)空心板梁對(duì)截面的控制內(nèi)力以及二期恒載在靜載空心板梁控制截面的恒載內(nèi)力。根據(jù)梁底應(yīng)變等效原則并充分考慮加載工況，進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果的初步估計(jì)。

2 靜載試驗(yàn)檢測(cè)加載方式

考慮到試驗(yàn)過(guò)程的嚴(yán)謹(jǐn)性與試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，靜載試驗(yàn)必須在梁橋結(jié)構(gòu)溫度較為穩(wěn)定的時(shí)期進(jìn)行。試驗(yàn)過(guò)程中采用分級(jí)的方式進(jìn)行加卸載，得到靜載試驗(yàn)荷載和變位曲線，并在每一加載等級(jí)試驗(yàn)工況下，采取單次逐級(jí)加載至最大荷載水平的方式，并逐級(jí)卸荷至零，在上述加卸載過(guò)程中進(jìn)行每級(jí)荷載下試驗(yàn)參數(shù)的觀測(cè)與記錄。

2.1 均勻堆放沙袋加載

該靜載試驗(yàn)加載方式下，按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，由下至上分別進(jìn)行第一級(jí)、第二級(jí)、……第n級(jí)荷載均勻施加，并分別測(cè)量和記錄各級(jí)荷載施加后橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變參數(shù)取值及變化程度，見圖1。

圖1 均勻堆放沙袋加載試驗(yàn)方式

2.2 千斤頂反力加載

此加載方式下，將千斤頂分別設(shè)置在靜載空心板梁跨中位置，并將反力梁設(shè)置在千斤頂上，通過(guò)在反力梁上堆放荷載以阻止反力梁上緣拉應(yīng)力出現(xiàn)。

3 工程應(yīng)用

煙臺(tái)市蓬萊至棲霞高速公路第二合同段k14+215富陽(yáng)李家中橋按6×20m簡(jiǎn)支梁設(shè)計(jì)，橋梁下部墩臺(tái)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，在臺(tái)帽上調(diào)整橫坡，單幅橋面寬12.5m，橫橋向包括5片T梁。橋面結(jié)構(gòu)鋪裝層按照厚10cm瀝青混凝土+厚10cm現(xiàn)澆混凝土設(shè)計(jì)。汽車荷載-超20級(jí)，掛車荷載-120，人群荷載-3.5kN·m-2，按照試驗(yàn)要求，隨機(jī)選擇1片中板采用千斤頂反力加載方式進(jìn)行靜載試驗(yàn)檢測(cè)，所選擇的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板編號(hào)1#，長(zhǎng)×寬×厚為20m×0.99m×0.80m，板端和支座接觸面的長(zhǎng)度為0.35m。根據(jù)該橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙，本次靜載試驗(yàn)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板等效荷載值為608kN·m-1，試驗(yàn)過(guò)程中集中荷載施加于跨中位置，預(yù)應(yīng)力混凝土空心板載荷等級(jí)按第一級(jí)0kN、第二級(jí)25.2kN、第三級(jí)50.4kN、第四級(jí)76.5kN、第五級(jí)100.8kN、第六級(jí)126.5kN設(shè)置。根據(jù)對(duì)本新建橋梁靜載試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，將撓度測(cè)點(diǎn)布置在其跨中和兩端支座處，并將應(yīng)變測(cè)點(diǎn)設(shè)置在跨中下緣。

該新建橋梁梁體外觀良好，且在試驗(yàn)前后并未出現(xiàn)梁體裂縫問題，編號(hào)1#的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板靜載試驗(yàn)所得到的梁體結(jié)構(gòu)控制截面撓度結(jié)果和應(yīng)力應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果見表1所示。100%加載時(shí)實(shí)測(cè)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板應(yīng)變?yōu)?8，理論應(yīng)變123，校驗(yàn)系數(shù)0.82。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，進(jìn)行編號(hào)1#的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板實(shí)測(cè)撓度支點(diǎn)沉降修正，修正后其100%加載時(shí)實(shí)測(cè)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板撓度5.70mm，理論撓度6.10mm，校驗(yàn)系數(shù)0.94，由此結(jié)果可知，在各級(jí)荷載的作用下，應(yīng)力應(yīng)變及撓度校驗(yàn)系數(shù)均符合相關(guān)規(guī)范[2]規(guī)定，表明本新建橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土空心板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度均符合設(shè)計(jì)要求。

表1 梁體撓度和應(yīng)力應(yīng)變靜載試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)進(jìn)一步試驗(yàn)結(jié)果可知，100%加載時(shí)實(shí)測(cè)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板總撓度5.87mm，彈性撓度5.42mm、殘余撓度0.45mm，相對(duì)殘余撓度為8.2%，其相對(duì)殘余變位試驗(yàn)結(jié)果符合規(guī)范所規(guī)定的0.2mm的水平，而且在各級(jí)載荷等級(jí)下，預(yù)應(yīng)力混凝土空心板荷載～撓度曲線較為平滑，表明撓度實(shí)測(cè)值線彈性關(guān)系較好，且在最大試驗(yàn)荷載水平下，預(yù)應(yīng)力混凝土空心板受力符合彈性范圍要求，處于良好的彈性工作狀態(tài)[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文分析可知，引起橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定運(yùn)行的因素較多，為便于橋梁結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量及運(yùn)行穩(wěn)定性的分析，必須進(jìn)行性能測(cè)試，以客觀評(píng)價(jià)橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的動(dòng)力特性。單梁剛度是否符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定直接關(guān)系到橋梁整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與使用性能，通過(guò)對(duì)該新建橋梁編號(hào)1#的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的靜載試驗(yàn)，計(jì)算出單片試驗(yàn)梁結(jié)構(gòu)控制截面應(yīng)變和撓度校驗(yàn)系數(shù)，并總結(jié)出單片試驗(yàn)梁靜力剛度內(nèi)在變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析可知，該橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土空心板應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)和撓度校驗(yàn)系數(shù)的取值范圍均在規(guī)范所規(guī)定的范圍內(nèi)，表明，橋梁施工過(guò)程中質(zhì)量控制措施也十分到位，其實(shí)際運(yùn)行狀況優(yōu)于理論狀況，結(jié)構(gòu)承載力完全符合設(shè)計(jì)要求，且具有一定安全儲(chǔ)備。