骆河大桥静载试验研究

姚广柱,岳英龙,王进华,刘爱华

(1.山东泰华路桥工程有限公司;2.烟台职业学院;3.山东格瑞特监理咨询有限公司)

1 工程概况

骆河大桥位于鹤大公路鸡西至柳树段,该桥现已运营6年,为了确定其实际工作状况及受力状态,评定该桥是否能继续安全为交通运输服务,对骆河大桥进行了静荷载试验。该桥为 7孔钢筋混凝土部分预应力箱梁,设计荷载为汽车 -超 20级,挂车 -120,墩台采用四肋式桥台、三柱式墩,钻孔桩基础。

2 静载试验内容和方法

桥梁静载试验是通过对结构直接加载并利用各种试验仪器来检测结构在静力试验荷载作用下的应变和挠度,从而确定结构在外力作用下所发生的变化和梁体的整体工作状态的试验方法。它是检验桥梁结构实际性能,如结构的强度、刚度等最直接、最有效的方法。

2.1 试验项目

(1)挠度检测。

(2)应变检测。

2.2 测试断面及测点布置

本次试验梁选择主桥岸边无水桥孔(2#～3#墩之间的桥孔)为静载试验孔。

2.3 试验工况及加载位置

根据跨中截面的受力最不利布置,我们选用试验用车为4台,模拟荷载公路 -I级加载。荷载布置时,纵向按影响线进行最不利荷载布置,由于本桥跨径比较小,只测取跨中正弯矩。为验证跨中截面的最大正弯矩效应、最大挠度效应,进行两种工况加载。

工况 1:横向两辆车偏心布载,纵向使跨中弯矩最大;

工况 2:横向两辆车中心对称布载,纵向使跨中弯矩最大。

3 试验结果与分析

3.1 桥梁荷载试验效率

根据新规范,对骆河大桥以公路 -I级为标准进行验算,试验荷载效率见表 1。

表1 加载试验计算值及荷载效率 kN◦m

工况 1荷载试验效率为 0.926,满足基本荷载试验要求1.0≥η＞0.8。

3.2 挠度测试与分析

结构校验系数η是评定桥梁结构工作状况,确定桥梁承载能力的一个重要指标。

式中:Se为试验荷载作用下实测的变位值;Ss为试验荷载作用下理论计算变位值。

根据跨中截面 A影响线按最不利布载,理论与实测结果对比如下。

(1)工况 1偏心荷载作用下的挠度测试。

工况 1偏心荷载作用下的挠度测试,见表 2。

工况 1各测点挠度校验系数在 0.515～0.722之间,介于预应力混凝土桥梁挠度校验系数常值 0.6～0.9之间。各测点的相对残余变形小于5%,说明桥梁结构处于良好的弹性工作状态。

从图 1可知,实测值远小于理论值,根据实验结果折算的相应于扣除恒载的短期荷载组合的相对挠度最大试验值为 1/1 814,满足规范要求 1/600,说明结构竖向刚度满足公路 -I级荷载的设计和使用。根据 1#梁测试的L/4跨、L/2跨和 3L/4的挠度测试结构,按拉格朗日插值模拟的 1#梁四次方挠度曲线,如图 2所示。

图 1 截面各测点实测挠度与理论计算值对比图(工况 1)

图 2 1#梁荷载作用下挠曲线图(工况 1)

(2)工况 2居中荷载作用下的挠度测试。

工况 2居中荷载作用下的挠度测试,见表 3。

工况 2各测点挠度校验系数在 0.367～0.760之间,介于预应力混凝土桥梁挠度校验系数常值 0.6～0.9之间。各测点的相对残余变形小于 5%,说明桥梁结构处于良好的弹性工作状态。

图 3 截面各测点实测挠度与理论计算值对比图(工况 2)

表3 截面各测点实测挠度与理论计算值对比表(工况 2)

从图 3可知,实测值远小于理论值,根据实验结果折算的相应于扣除恒载的短期荷载组合的相对挠度最大试验值为 1/2 193,满足规范要求 1/600,说明结构竖向刚度满足公路 -I级荷载的设计和使用。根据 1#梁测试的L/4跨、L/2跨和 3L/4的挠度测试结构,按拉格朗日插值模拟的 1#梁八次方挠度曲线,如图 4所示。

3.2 应变测试与分析

根据桥跨结构各控制截面加载工况,静载试验中测得的板梁控制截面各部位应力值均为加载后的应力增量值,下面将理论计算的应变增量值与实测的应变增量值进行比较。

(1)工况 1偏心荷载作用下的混凝土应变的测试。工况 1偏心荷载作用下的混凝土应变的测试值,见表4。

图 4 1号梁荷载作用下挠曲线图(工况 2)

表 4 各截面应力/应变与理论计算值对照表(工况 1/με)

工况 1各测点混凝土的校验系数在 0.206～0.9之间,且均小于 1,测点校验系数介于预应力混凝土桥梁应变校验系数常值 0.5～0.9之间。各测点的相对残余变形小于 5%,说明桥梁结构处于良好的弹性工作状态。偏心荷载作用下1号梁跨中截面实测应变回归曲线如图 5所示。

图 5 1号梁跨中截面实测应变回归曲线图(工况 1)

从图 5可以看出,测试的应变基本在一条直线上,符合虎克定律的平面假设,说明在本次试验菏载作用下,该桥桥梁结构处于弹性范围之内。

(2)工况 2居中荷载作用下的混凝土应变的测试。

工况 2居中荷载作用下的混凝土应变的测试值,见表5。

工况 2各测点的校验系数在 0.269～0.940之间,大部分测点校验系数介于预应力混凝土桥梁应变校验系数常值0.5～0.9之间,且均小于 1。各测点的相对残余变形小于5%,说明桥梁结构处于良好的弹性工作状态。偏心荷载作用下 1号梁跨中截面实测应变回归曲线,如图6所示。

从图 6可以看出,测试的应变基本在一条直线上,符合虎克定律的平面假设,说明在本次试验荷载作用下,该桥桥梁结构处于弹性范围之内。

表 5 各截面应力/应变与理论计算值对照表(工况 2/με)

图 6 1号梁跨中截面实测应变回归曲线图(工况 2)

4 结 论

(1)工况 1、2对 1#梁的荷载试验效率为 0.926、0.75,基本满足基本荷载试验要求 1.0对 2#梁荷载试验效率为0.942,满足基本荷载试验要求 1.0≥η＞0.8。

(2)在试验工况 1、2中,各测点挠度校验系数在 0.367～0.76之间,介于预应力混凝土桥梁挠度校验系数常值 0.6～0.9之间,说明该桥的刚度能够满足正常的使用要求,并且具有一定的安全储备。卸载后各测点的相对残余变形小于 5%,说明桥梁结构处于良好的弹性工作状态。

(3)在试验工况 1、2中,各测点混凝土的校验系数在0.206～0.940之间,且均小于 1,大部分测点校验系数介于预应力混凝土桥梁应变校验系数常值 0.5～0.9之间,说明该桥的结构强度能够满足设计要求,且有一定的安全储备。卸载后各测点的相对残余变形小于 5%。说明桥梁结构处于良好的弹性工作状态。

综上所述,该桥的承载能力和结构刚度均能满足设计要求,能够满足正常的交通运输要求。

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