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摘要:文章针对该桥梁单梁静载试验方法、试验前的理论分析、准备工作进行了分析。
关键词:公路桥梁、单梁静载、试验方法
中图分类号：U448.14文献标识码： A 文章编号：
一、引言
近年来高速公路发展迅速,各种桥梁的建设也日渐增加,为适应道路线形各种类型的桥梁被应用于高速公路。因造价、工期、施工难度等各种因素的影响,大部分桥梁是以预制、吊装的组合梁(板)桥为主。而在架设梁(板)前对单梁(板)及在成桥后对全桥做静载试验,以便检测设计是否安全、施工质量是否满足规范及设计要求就成为控制和确保桥梁质量的主要手段。在此,本文仅对架設前单梁(板)静载试验的程序及注意事项作一简单分析,以某高速公路大桥箱梁静载试验为例。实例中的桥梁为预应力混凝土连续箱梁桥,横向布置为4片预应力混凝土箱梁,各梁单独预制,先简支后连续。试验梁高160cm,底宽100cm,顶宽285cm,跨度30m,计算跨径29.0m。
二、试验前的理论分析
在试验前应根据设计图纸对桥梁进行结构理论分析,以便确定试验方法、荷载大小、测点布置等。
2.1各梁横向分布系数计算
按照设计图纸根据梁间的组合情况选用横向分布系数的计算方法,本桥采用刚接梁法计算。
2.2结构内力计算
采用有限元程序计算结构内力,如MIDAS、Dr.Bridge等桥梁结构计算软件。由于预制梁已成形且预应力钢束已张拉完毕,即一期荷载已完成,所以计算的各项内力应是二期恒载+活载产生的,选取最不利荷载组合计算各控制截面的内力。本实例采用Dr.Bridge软件按照实际的结构型式将上部结构进行单元离散和模拟,采用刚接法原理计算横向分布系数,结构按一次成桥计算。经计算得知该梁跨中最大弯矩为4300kN.m。
三、试验前的准备工作
3.1试验梁的选择
根据前一步计算结果,综合比较中、边梁的内力及换算截面几何特征值,着眼于成桥后运营的安全,会同业主、设计、监理、等有关方面,依据施工情况及有关资料,选用施工质量较差,成桥后最不安全的梁作为最终的试验对象。
3.2试验方案
3.2.1试验方案
1）对试验梁进行分级加载,直至外加荷载在跨中产生的弯矩与正常使用极限状态荷载组合(车辆荷载+二期恒载)作用下产生的最大弯矩相等。
2）加载后对各控制截面进行挠度、应变测试和梁体裂缝观察。
3）结合实测和理论分析结果,判断试验梁的实际承载能力是否满足设计要求。
3.2.2加载方案
加载可采用均布荷载和集中荷载。集中荷载大多采用标定过的千斤顶作为加载设备,千斤顶下垫有枕木或混凝土块,在试验过程中需分级加载,每级加载不宜大于使用状态短期试验荷载的20%,每级荷载加载持续时间15min,且宜相等,结构试验进行预加载,本实例采用集中荷载加载方式,试验加载布置,如图1所示。
图1加载示意图
3.2.3测点布置方案
一般是L/4跨、跨中、3L/4跨作为检测控制截面,在控制截面处设置挠度和应变观测点。由于试验过程中支点处也会有沉降,所以在支点处也设置挠度观测点。临时支座应在支座中心线处设置,支座下的支墩和地基应有足够刚度,在试验荷载作用下的总压缩变形不宜超过试验结构构件挠度的1/10,且要求临时支座顶面水平、清洁。测点布置,如图2所示。
图2 测点布置图
3.2.4试验器材的选用
试验器材应尽量采用成熟可靠、性能稳定、采购方便的设备。所采用的所有检测仪器中,应变片的应变系数、位移计、油压千斤顶的油压表,应在试验前在室内重新标定。
四、试验数据的采集、分析、分类、汇总及比较
4.1试验数据的采集
在试验中,为保证试验数据的可靠,每级荷载加完以后,必须持荷5～10min后方可读数,且应每隔3～5min读数一次,当数据增量小于上一次增量的10%时,即可认为数据稳定可靠。当数据发生异常变化时,应立即告知试验指挥者,立即停止加载试验。
4.2试验数据的分析、分类、汇总及比较
4.2.1应变数据
混凝土理论应变值的计算公式如下:
ε=δ/E
式中: δ——各控制截面的应力;E——混凝土弹性模量。
实测应变值由仪器自动采集,将每级荷载下混凝土的应变汇总成表,通过与理论应变值相比较可判断各截面是否在各荷载阶段处于弹性变形状态。其次,将各荷载阶段对梁某一截面上产生的应变绘制成图,分析该点混凝土应变是否与荷载变化相对应。
4.2.2挠度数据
理论挠度采用桥梁结构计算程序计算。实测挠度首先应将L/4跨、跨中、3L/4跨等截面处各荷载阶段的沉降值减去两支点处相应荷载下的平均沉降值,即可得出以上各截面每阶段的挠度值。其次,汇总各截面在每个荷载阶段时的挠度值且将挠度绘制成图,对比理论挠度和实测挠度的大小。最后通过分析比较理论值和实测值,确定试验梁的施工质量及使用性能。
4.2.3裂缝观测
在各级荷载相继加完以后,观察梁体是否出现新裂缝,主要观察部位为梁体L/4、跨中、3L/4处底板、腹板,分类记录裂缝情况。
五、几点结论
通过对该片箱梁的静载试验与分析可得如下结论。
1)在短期使用荷载作用下混凝土的应变及挠度变形均与理论计算值吻合,跨中最大应变及挠度变形均符合规范要求。
2)在短期荷载作用下,荷载挠度曲线符合线性规律,说明试验梁在弹性阶段工作。
3)在试验过程中,梁体没有产生新裂缝,箱梁承载能力满足设计要求。
4)试验结论说明理论分析与实际试验相吻合,达到了试验检测的目的,说明该试验原理、方法及数据处理符合实际要求。
5)试验中,千斤顶下的枕木易破碎,影响试验顺利进行,试验前需要注意选择质量好的枕木块。
桥梁静载试验是鉴定梁能否安全使用的主要手段,采用通用的有限元程序对桥梁进行了结构分析,文章并介绍了单梁的静荷载试验,拟就理论分析、试验方法、步骤及检测结果及其修正逐一作了分析对比,提出了同类梁在静载试验中应注意的问题和解决方法。
参考文献:
[1] GB50152-92,混凝土结构试验方法标准[S].
[2] 公路旧桥承载能力鉴定方法[M].
[3] 贺冬冬, 单成林. 关于旧桥承载力评定方法适应性的探讨[J] .
[4] 刘羽宇, 高玉峰, 夏招广, 等.大跨长联连续梁桥静动力试验研究[J].
[5] 周海俊, 吴永昌, 谭也平. 桥梁荷载试验研究综述[J] .
[6] 张 艳, 张清华. 钢筋混凝土拱桥荷载试验设计与评定[J] .
[7] 金中凡, 罗昌宏, 张高朝. 大跨连续刚构桥的荷载试验[J] .
[8] 姜传绵. 预应力混凝土连续箱梁桥静、动荷载试验研究[J] .
[9] 李忠献，陈锋．简支梁桥与多跨连续梁桥上移动荷载的识别与参数分析[J] .
关键词:公路桥梁、单梁静载、试验方法
中图分类号：U448.14文献标识码： A 文章编号：
一、引言
近年来高速公路发展迅速,各种桥梁的建设也日渐增加,为适应道路线形各种类型的桥梁被应用于高速公路。因造价、工期、施工难度等各种因素的影响,大部分桥梁是以预制、吊装的组合梁(板)桥为主。而在架设梁(板)前对单梁(板)及在成桥后对全桥做静载试验,以便检测设计是否安全、施工质量是否满足规范及设计要求就成为控制和确保桥梁质量的主要手段。在此,本文仅对架設前单梁(板)静载试验的程序及注意事项作一简单分析,以某高速公路大桥箱梁静载试验为例。实例中的桥梁为预应力混凝土连续箱梁桥,横向布置为4片预应力混凝土箱梁,各梁单独预制,先简支后连续。试验梁高160cm,底宽100cm,顶宽285cm,跨度30m,计算跨径29.0m。
二、试验前的理论分析
在试验前应根据设计图纸对桥梁进行结构理论分析,以便确定试验方法、荷载大小、测点布置等。
2.1各梁横向分布系数计算
按照设计图纸根据梁间的组合情况选用横向分布系数的计算方法,本桥采用刚接梁法计算。
2.2结构内力计算
采用有限元程序计算结构内力,如MIDAS、Dr.Bridge等桥梁结构计算软件。由于预制梁已成形且预应力钢束已张拉完毕,即一期荷载已完成,所以计算的各项内力应是二期恒载+活载产生的,选取最不利荷载组合计算各控制截面的内力。本实例采用Dr.Bridge软件按照实际的结构型式将上部结构进行单元离散和模拟,采用刚接法原理计算横向分布系数,结构按一次成桥计算。经计算得知该梁跨中最大弯矩为4300kN.m。
三、试验前的准备工作
3.1试验梁的选择
根据前一步计算结果,综合比较中、边梁的内力及换算截面几何特征值,着眼于成桥后运营的安全,会同业主、设计、监理、等有关方面,依据施工情况及有关资料,选用施工质量较差,成桥后最不安全的梁作为最终的试验对象。
3.2试验方案
3.2.1试验方案
1）对试验梁进行分级加载,直至外加荷载在跨中产生的弯矩与正常使用极限状态荷载组合(车辆荷载+二期恒载)作用下产生的最大弯矩相等。
2）加载后对各控制截面进行挠度、应变测试和梁体裂缝观察。
3）结合实测和理论分析结果,判断试验梁的实际承载能力是否满足设计要求。
3.2.2加载方案
加载可采用均布荷载和集中荷载。集中荷载大多采用标定过的千斤顶作为加载设备,千斤顶下垫有枕木或混凝土块,在试验过程中需分级加载,每级加载不宜大于使用状态短期试验荷载的20%,每级荷载加载持续时间15min,且宜相等,结构试验进行预加载,本实例采用集中荷载加载方式,试验加载布置,如图1所示。
图1加载示意图
3.2.3测点布置方案
一般是L/4跨、跨中、3L/4跨作为检测控制截面,在控制截面处设置挠度和应变观测点。由于试验过程中支点处也会有沉降,所以在支点处也设置挠度观测点。临时支座应在支座中心线处设置,支座下的支墩和地基应有足够刚度,在试验荷载作用下的总压缩变形不宜超过试验结构构件挠度的1/10,且要求临时支座顶面水平、清洁。测点布置,如图2所示。
图2 测点布置图
3.2.4试验器材的选用
试验器材应尽量采用成熟可靠、性能稳定、采购方便的设备。所采用的所有检测仪器中,应变片的应变系数、位移计、油压千斤顶的油压表,应在试验前在室内重新标定。
四、试验数据的采集、分析、分类、汇总及比较
4.1试验数据的采集
在试验中,为保证试验数据的可靠,每级荷载加完以后,必须持荷5～10min后方可读数,且应每隔3～5min读数一次,当数据增量小于上一次增量的10%时,即可认为数据稳定可靠。当数据发生异常变化时,应立即告知试验指挥者,立即停止加载试验。
4.2试验数据的分析、分类、汇总及比较
4.2.1应变数据
混凝土理论应变值的计算公式如下:
ε=δ/E
式中: δ——各控制截面的应力;E——混凝土弹性模量。
实测应变值由仪器自动采集,将每级荷载下混凝土的应变汇总成表,通过与理论应变值相比较可判断各截面是否在各荷载阶段处于弹性变形状态。其次,将各荷载阶段对梁某一截面上产生的应变绘制成图,分析该点混凝土应变是否与荷载变化相对应。
4.2.2挠度数据
理论挠度采用桥梁结构计算程序计算。实测挠度首先应将L/4跨、跨中、3L/4跨等截面处各荷载阶段的沉降值减去两支点处相应荷载下的平均沉降值,即可得出以上各截面每阶段的挠度值。其次,汇总各截面在每个荷载阶段时的挠度值且将挠度绘制成图,对比理论挠度和实测挠度的大小。最后通过分析比较理论值和实测值,确定试验梁的施工质量及使用性能。
4.2.3裂缝观测
在各级荷载相继加完以后,观察梁体是否出现新裂缝,主要观察部位为梁体L/4、跨中、3L/4处底板、腹板,分类记录裂缝情况。
五、几点结论
通过对该片箱梁的静载试验与分析可得如下结论。
1)在短期使用荷载作用下混凝土的应变及挠度变形均与理论计算值吻合,跨中最大应变及挠度变形均符合规范要求。
2)在短期荷载作用下,荷载挠度曲线符合线性规律,说明试验梁在弹性阶段工作。
3)在试验过程中,梁体没有产生新裂缝,箱梁承载能力满足设计要求。
4)试验结论说明理论分析与实际试验相吻合,达到了试验检测的目的,说明该试验原理、方法及数据处理符合实际要求。
5)试验中,千斤顶下的枕木易破碎,影响试验顺利进行,试验前需要注意选择质量好的枕木块。
桥梁静载试验是鉴定梁能否安全使用的主要手段,采用通用的有限元程序对桥梁进行了结构分析,文章并介绍了单梁的静荷载试验,拟就理论分析、试验方法、步骤及检测结果及其修正逐一作了分析对比,提出了同类梁在静载试验中应注意的问题和解决方法。
参考文献:
[1] GB50152-92,混凝土结构试验方法标准[S].
[2] 公路旧桥承载能力鉴定方法[M].
[3] 贺冬冬, 单成林. 关于旧桥承载力评定方法适应性的探讨[J] .
[4] 刘羽宇, 高玉峰, 夏招广, 等.大跨长联连续梁桥静动力试验研究[J].
[5] 周海俊, 吴永昌, 谭也平. 桥梁荷载试验研究综述[J] .
[6] 张 艳, 张清华. 钢筋混凝土拱桥荷载试验设计与评定[J] .
[7] 金中凡, 罗昌宏, 张高朝. 大跨连续刚构桥的荷载试验[J] .
[8] 姜传绵. 预应力混凝土连续箱梁桥静、动荷载试验研究[J] .
[9] 李忠献，陈锋．简支梁桥与多跨连续梁桥上移动荷载的识别与参数分析[J] .