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总第 1 2期 某加固混凝土连续梁桥静载试验研究 5 某加 固混凝土连续梁桥静载试验研究 廖凌云 ， 张刚 ( 1 武汉市桥梁维修管理处， 湖北 武汉 4 3 0 0 0 0 ；2 中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司， 湖北 武汉 4 3 0 0 3 4 ) 摘要： 某混凝土连续梁桥跨径布置为 5 2 7 m， 经过 加固处理， 为评定其加固效果 ， 对其进行有限元计算分析及 静载试验研究， 结果表明： 该桥实测结果与计算值有很好的 吻合性， 桥梁结构工作状况处于弹性范围， 桥梁实际强度、 刚 度和承载能力满足设计及规范要求， 桥梁工作性能满足设计 和安全运营要求。桥梁加 固效果明显 ， 满足通车要求。同 时， 提出应根据试验测试值对计算值进行修正的概念。 关键词： 连续梁桥； 桥梁加 固； 静载试验 ； 有限元法； 校 验系数 度不满足要求 ， 承载能力不足 ， 现有病害已严重影响 桥梁安全运营” 。其后对该桥采取了以下加 固措施 ： 常规处 理。对该桥各跨 存在 的裂缝 、 混凝土破 损 、 空洞、 钢筋外露锈蚀、 大面积修补 、 预应力管道未 注浆等病害按常规措施进行处理。 增设纵向体 外预应力 、 底板粘贴钢板。 加厚箱梁腹板 、 增设 腹板预应力钢束 。 重做桥 面铺装 。为了验证该 桥加固效 果 ， 对 该桥进 行有 限元计 算分 析及 静载 试验 。 1 引 言 3 有限元计算分析 桥梁静载试验是检验桥梁性能及工作状态 ( 如 结构 的强度 、 刚度) 最直接 、 最有效的办法 ， 它主要是 通过测量桥梁结构在静力荷载作用下各控制截面的 应力及结构变形 ， 从而确定桥梁结构实际工作状态 与期望值是否相符。对加固后桥梁进行静载试验， 通过相关数据的对 比， 可对该桥加 固效果及加固后 桥梁荷载等级进行评定。 2 工程概况 某混凝土连续梁桥为高速公路匝道桥 ， 于 2 0 0 8 年 1月通车并投入运行 ， 该桥跨径 布置为 5 2 7 m， 桥面横向布置为 0 5 m( 护栏 ) + l 1 m( 行 车道) + 0 5 m( 护栏 ) 。设计荷载为汽车 一超 2 O级、 挂车一 1 2 0 。上部结构为等截面预应力混凝土连续箱梁， 下 部结构为柱式墩台、 钻孔灌注桩基础。该桥于 2 0 0 9 年 7月进行了定期检查 ， 综合评定该桥技术状况 为 三类桥； 2 0 1 1 年 9月进行 了病 害检查 及特殊检测 ， 发现包括裂缝 、 混凝土破损 、 钢筋锈蚀在内的多种病 害； 2 0 1 2年某检测公司对该桥按公路 一 工级进行 了 静载试验 ， 试验采用 9辆 3 0 0 k N的重车进行加载 ， 测试内容主要包括应力 、 挠度及裂缝监测 ， 荷载试验 结论为该桥“ 在汽车一超 2 O级荷 载作用下 ， 箱梁刚 试验前采 用桥梁 专用 计算 软件 MI D AS Ci v i l 2 0 1 0 对该桥建立有限元模型 ( 图 1 ) 进行计算分析， 桥梁 活载效应按 2车道计算 ， 横 向折减 系数为 1 。 通过计算 内力包 络图 ， 确定 最不利荷载截 面位 置。 对该桥的内力及位移包络图计算分 3 种情况考虑： 情况 1 ， 原设计 ( 即不考虑任何加 固措施 ) ； 情 况 2 ， 仅考虑新增腹板 作用； 情况 3 ， 考虑新增腹 板和桥面铺装 同时作用 。由此确定最不利荷载截面 应与加固前静载试验测试截面相同。 图 1 有限元模型 4 静载试验 4 1 试验准则 ( 1 )为评定加 固效果 ， 将本次荷载试验测试结 果与加固前静载试验测试结果进行对 比， 因此 ， 本次 静载试验所选定测试截面、 测点布置、 加载效率及轮 位布置等与加固前静载试验相 同。 收稿 日期 ：2 0 1 3 0 7 1 5 作者简介： 廖凌云( 1 9 8 2 一) ， 男， 助理工程师， 2 0 0 7 年毕业于湖北文理学院土木工程专业， 工学学士。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 桥梁检测与加固 ( 2 )为评价加 固后桥梁是否满足原设计要求 ， 将本次静载试验测试结果与加固前理论计算值相 比 较 ， 通过各控制指标校验系数大小来确定 。 ( 3 )为评价加 固后桥 梁是否满 足加 固设计 要 求， 将本次静载试验测试结果与加固后理论计算值 相 比较 ， 通过各控制指标校验系数大小来确定。 ( 4 )根据 大跨径混凝土桥梁的试验方法 进行 评定 ， 试验加载效率范围为 ： 0 8 r l 1 0 。 4 2 测试 内容及测点布置 静载试验测试内容包括应力测试 、 挠度测试 、 裂 缝监测及温度场测试等。部分应力测点布置及挠度 测点布置如图 2 、 图 3所示 ， 需说 明的是 ， 为测试在 荷载作用下该桥加固措施是否与原结构共同参与受 力 ， 本次静载试验应力测点增加跨 中位置的钢板应 力测点和新增腹板应力测点。 4 3 测 试工 况 本次静载试 验测试工况有 ： 工 况 1 ， 第一跨 ( 由小墩号至大墩号) 跨中截面的最大正弯矩和最大 挠度加载； 工况2 ， 第二跨跨中截面的最大正弯矩 和最大挠度加载； 工况 3 ， 第三跨跨中截面的最大 正弯矩和最大挠度加载； 工况 4 ， 第一、 二跨支点 截面的最大负弯矩加载； 工况 5 ， 第二、 三跨支点 截面的最大负弯矩加载。 4 4 试验荷载效率 本桥为加固桥梁， 为保证桥梁安全， 加载布车时 应分级加载、 分级测试， 并对重要工况重复加载。本 次静载试验各工况加载效率见表 l 。各截面加载效 率均为 0 8 5 1 O O ， 试验满足 大跨径混凝 土桥梁 的试验方法 规定l_ 1 。 5 试验结果及分析 5 1 应力测试结果及分析 部分应力测试结果见表 2 4 ， 由测试结果分析 主堕 2 7 0 0 1 3 5 0 l 1 L 一 呈! Q - 一 2 3 2 7 0 0 2 7 0 0 5 0 5 0 注： 混凝土应变片； 应变花；。振弦传感器； 钢应变片 图 2 应 力测点布置 L 6 9 5 J 2 7 0 0 2 7 0 0 2 7 0 0 。 4 0 1I 5 3 0 1 5 3 0 1 7 9 7 5 1 7 9 7 5 I 6 7 5 I 6 7 5 6 7 5 6 7 5 I 6 7 5 6 7 5 , 6 7 5 , 6 7 5 1 6 7 5 , 6 7 5 , 6 7 5 , 6 7 5 4一D 5 D 6 D7 D 8 D 9 D I O DI l D 1 2 D I 3 一D I 4 一D1 5 一D 1 6 一D 1 7 单位 ：c m 千 单位：a m 图 3 挠度测点布置 一 2一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 1 2 期 某加固混凝土连续梁桥静载试验研究 1 表 1 加载效率 表 2 工况 1 作 用下桥梁 1 1 截面各测点应 力 表 3 桥梁测试应力值与加 固前试验测试值 注： 3 -3 截 面测点号布置 同 1 1 截面 。下同 。 可知 ： ( 1 )主梁测试应力与加 固后 理论值的比较 。各 加载工 况作用下 ， 主梁各控制断面应力校验系数均 表 4 桥梁测试应力值与原桥设计值 小于 1 0 ， 表明加固后梁体强度满足设计要求 。卸 载后 ， 各测点残余应 变率均低于 2 0 ， 结构处 于弹 性工作状态。各加载工况作用下 ， 实测梁底板加 固 钢板应变与混凝土应变差别不大 ， 表 明加 固钢板 与 梁体混凝土变形协调一致 ， 共同参与受力 。实测新、 旧混凝土应 变差别不大 ， 表明新、 旧混 凝土 已共 同 受力。 ( 2 )桥梁加 固前 、 后试验测试值 的比较 。通过 选取桥梁加 固前 、 后相 同位置具代表性测点的测试 应力值进行 比较 可知， 加 固前 、 后应力 比值均小于 1 ， 表明加固后桥梁承载力有 了较大提高， 加载措施 有效。 ( 3 )测试值与原桥设计值 的比较 。通过桥梁测 试应力值与原桥设计值 比较可知 ， 各校验 系数均小 于 l ， 表明加固后桥梁达到原桥设计要求 。 5 2 挠度测试结果及分析 D3 测点挠度测试结果见表 5 。由表 5可知 ， 各 工况荷载作用下实测挠度最大值均小 于理论值 ， 校 验系数均小于 1 ， 表明加 固后结构刚度满足设计要 求 ； 卸载后 ， 结构残余变形较小 ， 说 明梁体受力处于 弹性工作状态 。加 固后实测主梁挠度相对于加固前 均有 明显降低 ， 表明加固措施效果明显 。 6 结论 通过试验可知 ， 在试 荷载作用下 ， 该桥实测结 果与计算值有很好 的吻合性， 桥梁结构工作状况处 于弹性范围， 桥梁实际强度、 刚度和承载能力满足设 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 桥梁检测与加固 2 0 1 3 ， 6 ( 2 ) 1 级 2 级 3 级 4级 1 1 O 1 7 o 2 2 O 2 8 O o 7 o 一 1 o o 一 1 75 2 2 O 1 4 o o 2 2 O 计及规范要求 ， 桥梁工作性能满 足设计和安全运营 要求 。 对加 固后桥梁进行荷载试验 ， 将试验测试值分 别与原桥设计值 、 加固前荷载试验测试值及加固后 理论计算值进行 比较 ， 可对其加 固效果进行评定 ， 但 需注意以下问题 ： 试验测试值与不同的理论计算 值或测试值比较， 得到的评定结果不同； 加固后 桥梁加 固措施如何在计算值中反映是此类有限元分 析中的难点， 可通过试验测试值对理论计算值进行 适 当修正 。 参考文献： I- 1 Y C 4 4 1 9 8 2 ， 大跨径混凝土桥梁的试验方法 S E 2 - 1 肖云飞， 胡 良红某加 固刚构桥静力荷载试验研究 J 安徽建筑， 2 0 1 2 ， ( 3 ) ： 1 4 1 1 4 2 3 肖 伟， 张雪松， 唐峰， 等 某桁式组合拱桥加固后 荷载试验分析E l 3 交通科技与经济， 2 0 1 1 ， ( 1 ) ： 1 4 4 郑平伟， 侍刚， 秦金环， 等 渝怀线长寿长江大桥荷 载试验研究 J 桥梁建设， 2 0 0 6 ， ( 8 1 ) ： 1 3 4 1 3 6 ， 1 42 E 5 - 张柳煜， 邱合敏， 李胜大跨度连续梁桥荷载试验分 析及加固方案研究E I - 世界桥梁 ， 2 0 0 8 ， ( 4 ) ： 4 2 4 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m