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摘要:介绍东江大桥预制T构梁桥静载试验的主要内容和方法,分析该桥的承载能力状况,提出相应的处理建议。
关键词:预制箱型T构 静载试验 校验系数
Abstract: the article introduces dongjiang bridge prefabricated T structure bridge static load test of the main contents and methods, analysis of the bridge carrying capacity status, put forward the corresponding Suggestions.
Keywords: precast box T structure static load test calibration coefficient
中图分类号:[TU997] 文献标识码:A
一、概述
东江大桥桥梁全长1325m,分为独立的左右两幅,单幅桥面净宽10.5m,桥跨组合:44×20m+2×25m+(52.5m+2×80m+52.5m)+2×25m+4×20m。主桥上部结构为预制砼T构,引桥为预应力混凝土简支T梁,每跨由5片简支梁组成;下部结构为柱式墩,钻孔灌注桩。设计荷载为汽-20,挂-100。
该桥主桥T構预制箱梁拼缝出现严重渗漏、滴挂、错位,预应力索出现锈蚀;引桥T梁腹板出现竖向贯通裂缝,裂缝宽度超过规范限值。为了掌握桥梁结构的实际承载能力,对主桥80跨T构及引桥20m简支T梁进行静载试验,对试验结果进行了分析评价。
二、荷载试验方案
(一)试验工况及荷载效率
东江大桥静载试验计算采用有限元计算软件Midas进行结构空间静力计算分析,为了反应该桥实际的承载能力,选取病害最为严重的两跨进行试验,分别为第50跨一侧T构、第53跨简支T梁,根据结构控制截面的受力特点布置挠度及应变测点。第50跨T构悬臂根部(B-B截面)、第53跨跨中(A-A截面)为本次试验的控制截面(见图1),分别为T构悬臂根部最大负弯矩工况(工况一)、简支T梁跨中最大正弯矩工况(工况二)。
图1 东江大桥控制截面示意图(单位:m)
根据《大跨径混凝土桥梁的试验方法》(以下称《试验方法》)中的规定,采用试验所加荷载能与设计荷载基本等效的原则进行加载,工况一荷载效率系数=0.894、工况二荷载效率系数=1.028。
(二)试验测点及车载布置布置
该桥静载试验主要观测内容有挠度及应变。工况一挠度测点位于T梁对应桥面位置各布置一个测点,应变测点于各片T梁腹板及梁底,共布置15个测点(其中S3-S7为裂缝观测点),如图2所示;工况二挠度测点位于T构悬臂端部横向均匀布置3个测点,应变测点于T构根部箱室内,共布置19个测点,如图3所示。
图2 工况一应变测点布置图
图3 工况二应变测点布置图
根据结构计算的等代效应以及现场条件,在最不利截面位置的影响线上进行布载。本次试验采用4部双后轴重车进行加载,工况一车辆平面布置图见图4所示,三级加载顺序为:0→374.2kN→740.3kN→1485.4kN;工况二车辆平面布置图见图5,四级加载顺序为:0→366.6kN→732.6kN→1111.4kN→1485.4kNkN。
图4 工况一加载车辆平面布置图(单位:cm)
图5 工况一加载车辆平面布置图(单位:cm)
三、试验结果与分析
(一) 简支T梁荷载试验
该跨5#梁有多条竖向裂缝,先以该边梁作为最不利工况进行试加载,当加到第1级荷载时,观测到5#梁挠度测点、S3-S7应力值均比理论计算值偏大,且裂缝宽度急剧扩展,说明5#边梁承载力明显达不到设计要求。为了试验能反应其余T梁的有效承载能力,通过更换车辆位置,改为以4#梁最不利工况进行加载、试验。
在三级加载工况下,挠度测点值见表1所示,各级荷载作用下测点与弯矩对应的关系如图6所示。
表1:实测挠度值(mm)
图6 弯矩-挠度关系曲线图
图6 部分测点挠度实测值与计算值比较曲线图
从图1中可以看出,随着荷载的递增,测点基本呈线形增长,说明结构基本处于弹性工作状态;卸载后相对残余变形均小于20%,满足《试验方法》要求;满载时,除了非偏载侧边梁外,其余各梁挠度测点校验系数均大于1.05,最大值为1.71,不满足《试验方法》要求。由图6可知,2#~5#测点最大挠度实测值均大于理论计算值,说明结构的实际刚度较差,且实测挠度横向分布曲线趋势出现较大拐点,说明该桥横向联系偏弱,不能按设计要求传递车辆荷载。
截面偏载侧应变主要测点实测值见表2所示,各级荷载作用下测点与弯矩的对应关系见图7所示。
表2:各级荷载作用下应变测点实测值()
图7 弯矩-应变关系图
由表2可知,各梁底最大拉应变实测值均大于理论计算值,各关键应变测点校验系数均大于1.05,不满足《试验方法》要求。满载时应变实测值与理论值比较曲线如图9.9所示,实测值均大于理论值,说明结构承载能力已不能满足设计要求。
在试验的过程中,5#边梁裂缝宽度最大一处增大0.17mm,预应力T梁按规范要求不允许开裂,不满足规范要求。
(二) T构荷载试验
在各级荷载作用下,T构牛腿位置三个挠度测点的测试数据如表3所示。
表3:实测挠度值(mm)
图8 荷载-挠度曲线
由表3可知各挠度测点校验系数均小于1,可满足《试验方法》要求。由图8可知挠度基本随荷载增加按线性规律变化,说明结构处于弹性工作状态。偏载侧牛腿处最大的实测挠度为13.98mm,小于理论计算值16.18mm,挠度的校验系数为0.86,满足《试验方法》要求.各测点挠度实测值均小于理论计算值,说明结构的实际刚度能满足设计荷载要求。
偏载侧应变主要测点实测值见表4所示,各级荷载作用下测点与弯矩的对应关系见图9所示。
表4:各级荷载作用下应变测点实测值()
图9 荷载—应变关系曲线图
由表4可知T构根部截面上下测点的校验系数均远小于1。实测应变偏小的主要原因是由于箱梁拼装施工,由于顶板存在贯通裂缝,箱梁上部的拉应力主要由预应力钢索承担,箱梁顶板混凝土实际上大部分已退出工作,不参与受拉或受拉极小,故其实测的应变与理论计算值相比偏小。由图9可知,各级试验荷载作用下,实测应变值随荷载变化基本处于线性关系,说明结构在各级试验荷载作用下处于弹性工作状态。
由于箱梁顶板接缝已存在较多的贯通裂缝,而按规范的要求,预应力砼结构不允许出现竖向开裂,故不满足《试验方法》及相关规范的要求。
四、结论与处理建议
(一)工况一下满载时各挠度测点校验系数基本大于1.05,最大值为1.71,超过《试验方法》较多;跨中各梁底各应变测点校验系数均大于1.05,不满足《试验方法》要求,结构的实际刚度较差,横向联系偏弱,结构承载能力已不能满足设计要求。
(二)工况二下满载时各挠度测点校验系数在0.75~0.86之间,应变校验系数明显偏小,与T构箱室顶板砼开裂、预应力索损失等有关。
(三)由该桥主桥及引桥的静载试验结果可知,该桥实际承载能力已不能满足设计荷载等级要求,应进行加固处理。
参考文献
《公路桥涵设计通用规范》(JTJ021-1989),人民交通出版社.
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ023-85),人民交通出版社.
《公路桥涵养护规范》(JTG H11-2004),人民交通出版社.
《大跨径混凝土桥梁的试验方法》,人民交通出版社,1982
关键词:预制箱型T构 静载试验 校验系数
Abstract: the article introduces dongjiang bridge prefabricated T structure bridge static load test of the main contents and methods, analysis of the bridge carrying capacity status, put forward the corresponding Suggestions.
Keywords: precast box T structure static load test calibration coefficient
中图分类号:[TU997] 文献标识码:A
一、概述
东江大桥桥梁全长1325m,分为独立的左右两幅,单幅桥面净宽10.5m,桥跨组合:44×20m+2×25m+(52.5m+2×80m+52.5m)+2×25m+4×20m。主桥上部结构为预制砼T构,引桥为预应力混凝土简支T梁,每跨由5片简支梁组成;下部结构为柱式墩,钻孔灌注桩。设计荷载为汽-20,挂-100。
该桥主桥T構预制箱梁拼缝出现严重渗漏、滴挂、错位,预应力索出现锈蚀;引桥T梁腹板出现竖向贯通裂缝,裂缝宽度超过规范限值。为了掌握桥梁结构的实际承载能力,对主桥80跨T构及引桥20m简支T梁进行静载试验,对试验结果进行了分析评价。
二、荷载试验方案
(一)试验工况及荷载效率
东江大桥静载试验计算采用有限元计算软件Midas进行结构空间静力计算分析,为了反应该桥实际的承载能力,选取病害最为严重的两跨进行试验,分别为第50跨一侧T构、第53跨简支T梁,根据结构控制截面的受力特点布置挠度及应变测点。第50跨T构悬臂根部(B-B截面)、第53跨跨中(A-A截面)为本次试验的控制截面(见图1),分别为T构悬臂根部最大负弯矩工况(工况一)、简支T梁跨中最大正弯矩工况(工况二)。
图1 东江大桥控制截面示意图(单位:m)
根据《大跨径混凝土桥梁的试验方法》(以下称《试验方法》)中的规定,采用试验所加荷载能与设计荷载基本等效的原则进行加载,工况一荷载效率系数=0.894、工况二荷载效率系数=1.028。
(二)试验测点及车载布置布置
该桥静载试验主要观测内容有挠度及应变。工况一挠度测点位于T梁对应桥面位置各布置一个测点,应变测点于各片T梁腹板及梁底,共布置15个测点(其中S3-S7为裂缝观测点),如图2所示;工况二挠度测点位于T构悬臂端部横向均匀布置3个测点,应变测点于T构根部箱室内,共布置19个测点,如图3所示。
图2 工况一应变测点布置图
图3 工况二应变测点布置图
根据结构计算的等代效应以及现场条件,在最不利截面位置的影响线上进行布载。本次试验采用4部双后轴重车进行加载,工况一车辆平面布置图见图4所示,三级加载顺序为:0→374.2kN→740.3kN→1485.4kN;工况二车辆平面布置图见图5,四级加载顺序为:0→366.6kN→732.6kN→1111.4kN→1485.4kNkN。
图4 工况一加载车辆平面布置图(单位:cm)
图5 工况一加载车辆平面布置图(单位:cm)
三、试验结果与分析
(一) 简支T梁荷载试验
该跨5#梁有多条竖向裂缝,先以该边梁作为最不利工况进行试加载,当加到第1级荷载时,观测到5#梁挠度测点、S3-S7应力值均比理论计算值偏大,且裂缝宽度急剧扩展,说明5#边梁承载力明显达不到设计要求。为了试验能反应其余T梁的有效承载能力,通过更换车辆位置,改为以4#梁最不利工况进行加载、试验。
在三级加载工况下,挠度测点值见表1所示,各级荷载作用下测点与弯矩对应的关系如图6所示。
表1:实测挠度值(mm)
图6 弯矩-挠度关系曲线图
图6 部分测点挠度实测值与计算值比较曲线图
从图1中可以看出,随着荷载的递增,测点基本呈线形增长,说明结构基本处于弹性工作状态;卸载后相对残余变形均小于20%,满足《试验方法》要求;满载时,除了非偏载侧边梁外,其余各梁挠度测点校验系数均大于1.05,最大值为1.71,不满足《试验方法》要求。由图6可知,2#~5#测点最大挠度实测值均大于理论计算值,说明结构的实际刚度较差,且实测挠度横向分布曲线趋势出现较大拐点,说明该桥横向联系偏弱,不能按设计要求传递车辆荷载。
截面偏载侧应变主要测点实测值见表2所示,各级荷载作用下测点与弯矩的对应关系见图7所示。
表2:各级荷载作用下应变测点实测值()
图7 弯矩-应变关系图
由表2可知,各梁底最大拉应变实测值均大于理论计算值,各关键应变测点校验系数均大于1.05,不满足《试验方法》要求。满载时应变实测值与理论值比较曲线如图9.9所示,实测值均大于理论值,说明结构承载能力已不能满足设计要求。
在试验的过程中,5#边梁裂缝宽度最大一处增大0.17mm,预应力T梁按规范要求不允许开裂,不满足规范要求。
(二) T构荷载试验
在各级荷载作用下,T构牛腿位置三个挠度测点的测试数据如表3所示。
表3:实测挠度值(mm)
图8 荷载-挠度曲线
由表3可知各挠度测点校验系数均小于1,可满足《试验方法》要求。由图8可知挠度基本随荷载增加按线性规律变化,说明结构处于弹性工作状态。偏载侧牛腿处最大的实测挠度为13.98mm,小于理论计算值16.18mm,挠度的校验系数为0.86,满足《试验方法》要求.各测点挠度实测值均小于理论计算值,说明结构的实际刚度能满足设计荷载要求。
偏载侧应变主要测点实测值见表4所示,各级荷载作用下测点与弯矩的对应关系见图9所示。
表4:各级荷载作用下应变测点实测值()
图9 荷载—应变关系曲线图
由表4可知T构根部截面上下测点的校验系数均远小于1。实测应变偏小的主要原因是由于箱梁拼装施工,由于顶板存在贯通裂缝,箱梁上部的拉应力主要由预应力钢索承担,箱梁顶板混凝土实际上大部分已退出工作,不参与受拉或受拉极小,故其实测的应变与理论计算值相比偏小。由图9可知,各级试验荷载作用下,实测应变值随荷载变化基本处于线性关系,说明结构在各级试验荷载作用下处于弹性工作状态。
由于箱梁顶板接缝已存在较多的贯通裂缝,而按规范的要求,预应力砼结构不允许出现竖向开裂,故不满足《试验方法》及相关规范的要求。
四、结论与处理建议
(一)工况一下满载时各挠度测点校验系数基本大于1.05,最大值为1.71,超过《试验方法》较多;跨中各梁底各应变测点校验系数均大于1.05,不满足《试验方法》要求,结构的实际刚度较差,横向联系偏弱,结构承载能力已不能满足设计要求。
(二)工况二下满载时各挠度测点校验系数在0.75~0.86之间,应变校验系数明显偏小,与T构箱室顶板砼开裂、预应力索损失等有关。
(三)由该桥主桥及引桥的静载试验结果可知,该桥实际承载能力已不能满足设计荷载等级要求,应进行加固处理。
参考文献
《公路桥涵设计通用规范》(JTJ021-1989),人民交通出版社.
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ023-85),人民交通出版社.
《公路桥涵养护规范》(JTG H11-2004),人民交通出版社.
《大跨径混凝土桥梁的试验方法》,人民交通出版社,1982