某大桥静载试验分析
2017-10-17
某大桥全长960.62 m，桥跨布置为6×16 m+8×50 m+8×30 m+12×16 m。其中主桥为8×50 m变截面连续箱梁及8×30 m等截面连续箱梁，东引桥为6×16 m钢筋混凝土空心板梁，西引桥为12×16 m先张法预应力空心板梁，桥面连续。该桥主要设计技术标准如下：桥面宽度：净宽16 m；净9 m（机动车道）+2×2.0 m（非机动车道）+2×1.5 m（人行道）；设计荷载：汽车-20级，人群荷载3.5 kN/m2；验算荷载：挂车-100；桥面横坡：双向1.5%；设计洪水频率：1/100；通航等级：四级；地震烈度：地震动峰值加速度0.1 g，地震动反应谱特征周期0.35 s。
该桥于1999年建成通车。主桥11#墩再后来的普查中被发现箱梁底板附近有裂缝贯穿底板、腹板，立即使用临时支撑加固的紧急安全措施加固该墩。在针对结构整体的刚度、承载能力和安全性进行静动载试验后全面评价，试验包括静载试验和动载试验两部分，本文主要针对静载试验部分的结果做阐述。
1 静载试验
1.1 加载截面的选择
根据主桥连续梁段结构特点，选取变截面连续箱梁4#～5#桥跨的跨中截面（Ⅰ-Ⅰ截面）、7#墩支点截面（Ⅱ-Ⅱ截面）、7#～8#桥跨的跨中截面（Ⅲ-Ⅲ截面）和等截面连续箱梁10#～11#桥跨的跨中截面（Ⅳ-Ⅳ截面）、11#墩支点截面（Ⅴ-Ⅴ截面）共五个截面作为加载截面。加载截面具体位置见图1。
1.2 测点布置及观测方法
（1）应力观测：应力观测截面为图一所示的Ⅰ-Ⅰ截面、Ⅱ-Ⅱ截面、Ⅲ-Ⅲ截面、Ⅳ-Ⅳ截面以及Ⅴ-Ⅴ截面共五个截面，其中Ⅰ-Ⅰ、Ⅲ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅳ截面应变观测为箱梁下缘，Ⅱ-Ⅱ、Ⅴ-Ⅴ截面应变观测为箱梁上缘。应力测试采用ZX-212A型弦式数码应变计和JMZX-300振弦检测仪测试。应变测点布置见图2。
（2）挠度观测：挠度观测测点布置为各感应桥跨的1/2L、1/4L、3/4L截面，在每个测试截面上安置一把精密水准尺，用精密水准仪观测。
（3）裂缝观测：在加载前后检测各部位裂缝，重点检测加载截面在试验荷载作用下，裂缝的产生和发展。裂缝长度用小钢尺量测，裂缝宽度用刻度放大镜观测。
1.3 试验荷载
试验荷载采用“东风”牌汽车加载。每辆加载汽车总重为180 kN（前轴40 kN、后轴140 kN）。加载汽车横桥向为2～4列，纵桥向密集排列，按加载截面“等效内力”原则确定每次加载时的汽车总辆数和排列位置，即使加载汽车组成的行列荷载与设计荷载在该截面产生的内力基本相等。根据计算结果，本次静载试验的最大加载量需12辆上述“东风”牌载重汽车。
各试验截面所需加载汽车、排列位置和加载分级情况见图3～7。
1.4 试验方法
在试验前，将加载汽车按计算的试验荷载重量装载，过磅称重。试验荷载分三～四级逐级加载。在正式加载前，各量测仪表调零或初读数，然后分级加载，每一级荷载加载完毕，结构变形稳定15 min后，各量测仪表读数。读完数后，再加下一级荷载，当全部荷载加载完成并读数后，按一次全部卸载，各量测仪表测读结构的残余变形。
1.5 试验结果
主要以4#～5#跨跨中截面加载试验结果进行分析 。
（1）4#～5#跨跨中加载挠度测试结果和计算值见表1。为反映此梁跨的刚度特征，分析了各测点挠度与跨中弯矩的变化，其关系曲线如图4。
（2）跨中挠度与跨中弯矩关系曲线见图8。
（3）应力测试结果。
应力测点计算值与实测值见表2。
（4）加载时裂缝观测。
在各工况加载试验过程中，最大试验荷载作用下加载截面未出现新的裂缝。
2 评定结论
从4#～5#跨跨中截面静载试验结果来看，从其余加载截面的静载试验结果来看也都满足相应规范的要求。可得到如下结论：根据试验结果，对加固处理后的该大桥可得出如下结论。
（1）本次选取跨中和桥墩支点共五个截面进行了静载试验，试验荷载效率系数均在0.9～1.0之间，满足规范要求。
（2）测量的弹性变形值Se与试验荷载作用的理论值Sstat的比值在0.62～0.94之间，残余变形Sp和总变形Stot的比值均小于0.2，最大变形值Se均小于规范允许值[Δ]=L/600。这说明在试验荷载作用下测得的各指标均满足规范要求。
（3）应力实测值与计算值的比值在63%～81%之间，且在最大试验荷载作用下加载截面未出现新的裂缝。
3 结论
通过对此特大桥的动静载试验研究，并依据有关规范进行分析评定，该特大桥加固是成功的，经加固后，该桥在设计荷载作用下处于弹性工作阶段，其强度、刚度和动力性能均满足设计要求，满足正常使用的条件。
参考文献
[1] GB/T 50344-2004，建筑结构检测技术标准[S].
[2] JTJ021-89，公路桥涵设计通用规范[S].
