装配式公路钢筋混凝土空心板梁试验评定.pdf

1 0 铁道建筑 Ra i l wa y Eng i n e e r i ng 文章编 号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 3 ) 0 5 0 0 1 0 - 0 3 装 配式公 路钢筋混凝土空心板梁试验评定 刘伯 奇 ( 中国铁道科学研究院 铁 道建 筑研究所 ， 北京1 0 0 0 8 1 ) 摘要： 为了对公路普通钢筋混凝土空心板梁旧桥的承栽能力进行评定， 采用横向分布 系数测试并结合常 规静 载 试验 以及动 载试验 的综 合评价 法 ， 通 过横 向分 布 系数 的测试 并 与理 论计 算 值进 行 比较 评 定 梁体 间的协 同受力状况； 通过常规静栽试验测试桥梁关键截面的应力、 挠度等参数与理论计算值比较评定梁 体的受力状况； 通过动栽试验测得结构的动力参数对结构整体刚度状况进行评定。根据测试结果对 结 构承载能力进行综合评定。应用此方法对一座 1 0 m跨径的普通混凝 土空心板梁桥的整体性能进行 了 试 验 评 定 。 关键词 ： 空心板 梁 横 向分布 系数 测试 评定 中 图分类号 ： U 4 4 6 3 文献 标识码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 - 1 9 9 5 2 0 1 3 0 5 0 3 近几 十年来 ， 我 国道路 交 通 事 业蓬 勃 发 展 。而 随 着时 间的推 移 ， 桥 梁在 服役期 间 ， 在 自然 环境 和荷载 的 共 同作 用 下 ， 桥梁 会 产 生病 害 、 损 坏 ， 严 重 时会 影 响 到 正常使用甚至发生安全事故。为了保证桥梁结构的正 常运营， 需要对桥梁进行一定的维修、 加固及改造。在 对桥梁进行维修 、 加 固或改造之前往往需要对病害桥 梁进行综合评定。 装配式 空心板桥 由于其预制、 安装 、 施工工艺简 单、 工程造价较低 ， 同时板桥具有建筑高度小等优点， 所以在中小跨径桥梁中得到广泛应用。但从已建成桥 梁的运营状况来看 ， 也存在一些较为典 型的病害。通 过对 广东 省 内多条高 速公路 以及 深圳 市 内部 分市政 装 配式混凝土空心板梁工作状况进行调查 ， 发现引起装 配式板桥结构承载能力不足的原 因： 一是 由于主梁 自 身 的强度 不足 导致 结构 整 体 承 载能 力 不 足 ； 二是 由于 横向联系( 铰缝 ) 偏弱 ， 或铰缝受损甚至破坏 ， 造成结 构各主梁协同受力能力下降 ， 从而导致结构承载能力 下 降 。 目前 ， 我国大部分于 2 0世纪 7 0 9 0年代建造 的 桥梁仍在使用 中， 而当时桥梁设计荷载水平较低 ， 该荷 载水平已不能适应 日益增长车流量 的需要 ， 使得 旧桥 加固维修工作的重要性也 日益突显。在维修加 固前 ， 一 般对结构的实际工作状态进行评估 ， 为桥梁的加 固 和改造提供数据支持。笔者在板梁结构的评估工作中 发现， 仅通过常规的静动力荷载试验有 时很难发现结 收稿 日期 ： 2 0 1 2 1 0 - 1 5 ； 修 回日期 ： 2 0 1 3 - 0 2 - 2 0 作者简介 ： 刘伯奇( 1 9 8 6 一 ) ， 男 ， 助理研究员 ， 硕士。 构存在的一些问题。但如果辅助以横 向分布测试 ， 则 可 以使 评估 结果更 加准确 。本 文 以一 座实桥 的试 验评 估介绍这一方法。 1 工程概况 深圳市某公路上有一座跨径为 1 0 m的装配式混 凝土空心板梁桥。该桥分左 幅和右幅， 上部结构单 幅 桥横 向布置 9片钢筋混凝土板梁 ， 梁高 4 5 c m、 宽 1 2 m， 梁 间采用 3 5 c m 的长铰缝 连 接 ， 现浇 层铺 装 层 设计 厚度为 1 0 c m， 见图 1 。该桥计算跨径为9 6 m， 桥面净 宽 1 0 5 n l 。空心 板梁及 铰缝采 用 C 4 0混 凝 土 ， 桥 面铺 装采用 C 3 0混凝土 ， 普通钢筋采用 I 级 。相关部门拟 对该桥所处路段进行拓宽改造 ， 本桥原设计荷载等级 为汽超一 2 0 ， 挂一 1 2 0 ， 改造后为公路 I 级。 图 1 空心板梁横 向布置 ( 单位 ： c m) 2 试验评定 选取病害较为严重的左幅桥进行横 向分布系数测 试 、 常规静载试验测试以及动载测试。 2 1横 向分 布 系数 测试 横 向分布测试在 1 9 梁跨中部位各布置一个挠 度测点， 采用一辆加载车进行测试 ， 测点布置及加载轮 位如 图 2所示 。 2 0 1 3年第 5期 刘伯奇 ： 装配式公路钢筋混凝土空心板梁试验评定 l 2 3 4 5 6 # 7 8 # 9 # 土挠度测 点 图中 X = 0 8 5 5 ， 2 0 7 ， 3 3 1 ， 4 5 5 ， 5 7 9 ， 7 0 3 ， 8 2 7 ， 9 5 1 ， 1 0 7 5 m 图 2 横 向分布测试测点布置及加载轮位 横 向坐标 X m 2 4 6 8 l 0 l 2 ( a )9 粱 横向坐标X I m 2 4 6 8 l 0 l 2 由各测点的实测位移值推算得到各片梁的实测荷 载横向分布， 及按铰接板法计算 的相应荷载横 向分布 理论值 ， 如图3 。从 图 3可以看出 ， 实测影响线数值与 理论值存在一定的差异 ， 实测影 响线峰值均大幅超过 了理论计算值 ， 影响线在 6 梁与 7 梁位置 出现突变， 说明各梁间联系相对理论计算值偏弱 ， 6 梁与 7 梁间 铰缝 可 能 已经 破坏 。 O 一 0 0 5 - 0 ， 1 0 螽_ 0 1 5 姜_ o _2 0 詹 蠡- 0 2 5 一O 3 0 一 O 35 横向坐标 X m 2 4 6 8 1 0 l 2 if)8 粱 横向坐标 X I m 2 4 6 8 1 0 l 2 ( c )7 梁 ( d )6 粱 图 3 横向分布影响线实测值与理论值对 比 2 2常 规静 载试 验 2 2 1 测点 布置 该桥 为 简支 结 构 ， 测 试 截 面 选 取 跨 中截 面 ( A 截 面) 进行 。在 7 一9 板测试截面底板处分别布置应力 测点 和挠 度 测点 。应 力 测 点处 布置 振 弦式 应 变 计 ， 挠 度测 点处 布 置百 分表 ， 测点 布置 见 图 4 。 2 2 2加 栽值 的 确定及加 载方 法 采用分级加载的方式。由于该桥原设计荷载为汽 超 一 2 O ， 挂 1 2 0 ， 改 造 后 为 公 路 I级 ， 在 加 载 时 分 别 考 虑两种荷载等级 ， 在加载值达到原设计荷载等级后分 两级加载至改造后荷载等级 ， 并在加 载过程 中注意各 测试参数 的变化以保证试验安全 。通过荷载等效的方 式加载 ， 利用 Mi d a s C i v i l 建立结构有 限元模型计算得 到本桥静载试验采用 4辆约 4 0 t 的重车进行加载， 加 载示 意见 图 5 。 2 2 3 测 试结 果 在 最 大级试 验荷 载作 用 下 ， 实测 7 一9 梁 A截 面 A 截 9 8 7 o o o o oo o o o o 鱼 鱼 秘 E U 卜 4 - 4 - - 图 4 测点布置示意 ( 单位 ： c m) 下缘 混 凝 土 平 均拉 应 变 分别 为 3 0 71 0 一， 3 0 3 X 1 0， 2 0 1 1 0 ， 理论计算值分别为 6 5 71 0， 6 4 2 X 1 0， 5 9 81 0 一， 应 变 ( 或 应 力 ) 校 验 系 数 分 别 为 0 4 6 7 ， 0 4 7 2 ， 0 3 3 6， 满 足 评定规 程中钢筋混凝 土 O ： 兮 m 加 如 零醯婷求翟颦 0 加 趔 鉴赫培 匣鼙 0 如 们 鲁 荨 霉醯培 厘 1 2 铁道建筑 Ma y ， 2 0 1 3 中央防撞墙 十 “ l l l l 1 l 王 耋 I l王 l I 1 王 l 边 防撞 墙 图 5 跨 中截 面加载示意 ( 单位 ： m) 板桥 0 3 0 7的要求。如果按照全截面受力计算应 变值分别为 2 4 31 0 。 ， 2 2 11 0 ， 2 1 41 0 ， 可以看 出板梁 目前已出现开裂但较接近全截面受力状态。另 外 ， 从实测数据来看 ， 各测点 卸载工况下残余数值较 小 ， 卸载后应变相对残余均不大于 2 0 ， 表 明截面处 于 弹性工 作状 态 。 2 3 动载 试 验 2 3 1 测点布 置 在跨 中部位 1 梁与 9 梁对应桥面处分别 布置纵 向及 竖 向拾振 器 ， 测 点布 置见 图 6 。 图 6 动载试验测点布置 面 2 3 2测试 内容 测试内容主要包括脉动试验、 跑车试验、 跳车试验 及制动试验。其 中跑车试验及跳车试验分别在靠 近 s 1测点及靠近 s 2测点附近车道各进行两次， 对两次 测试结果进行对 比分析 。 2 3 3 测 试 结 果 实测 自振频率为 1 3 3 8 H z ， 理论计算值为 7 7 8 Hz ， 实测值大于理论计算值。行 车试验结果表 明， 在行车状况下跨 中竖向测点 s 1 ， s 2的最大振动响应单 峰值分别为 1 4 0 2 3 m m， 0 1 8 8 0 m m， s 1测点所测得 值均远大于 s 2测点 ， 说 明结构个别 铰缝连接较弱 ， 与 静 载试验 所得 的结论一 致 。结构振 动响应 随车速 的增 大而增大。在跳车工况下跨中 s l ， s 2测点最大竖向 振幅分别为4 8 0 1 7 m m， 0 7 2 2 4 m m( 单峰值 ) ， 测试 结果 较行 车 明显 增大 。s 1 测 点所 测得 值 远大 于 s 2测 点 ， 说明结 构个 别铰缝 连接较 弱 ， 与静载试 验所得 的结 论一 致 。制动 工况 下 ， 跨 中 z 1 ， z 2测 点纵 向振 动 幅 值( 单峰值) 分别为0 0 3 3 4 mm， 0 0 5 0 6 ( 跨中制动) ， 数值 均较 小 。 2 4试验 小结 通过 对该桥 的横 向分 布 系数 测试 、 常规 静 载试 验 以及动载试验主要可 以得到以下结论 ： 从横 向分布 测试结果来看 ， 6 与 7 梁间铰缝已经失效 ； 结构主控 截 面 的承载能力 试验 表 明 ， 试 验 的各 项 指标 均 满 足设 计要求和试验规范要求， 结构承载能力、 结构刚度满足 要求 ； 在行车及跳车工况下 s 1测点所测得值均远大 于 s 2测 点 ， 说 明结构 个 别 铰缝 连 接较 弱 ， 与横 向分 布 系数测试所得的结论一致。 3 结语 单从常规静载试验结果来看结构基本上能满足结 构改造后设计荷载等级 的要求， 但是结合横 向分布系 数 测试 以及动 载试验 的结果 可知 结构 的个 别铰 缝 已经 失 效 。这样形 成单板 受力 对主梁 的受力 是不利 的 。利 用本 文 的方法 可 以对装 配式 空心 板梁进 行更为 全面 的 评定， 可 以为后期的维修、 加固及改造工作提供有效的 数 据 。 参 考 文 献 1 张劲泉 ， 王 文涛 桥梁检测 与加 固手册 M 北京 ： 人民交通 出版社 ， 2 0 0 7 2 姚 玲森 桥梁工程 M 2版 北京 ： 人民交通 出版社 ， 2 0 0 8 3 中华人 民共和 国交通运输部 J T G T J 2 1 2 0 1 1 公 路桥梁 承载能力检测评定规程 s 北京 ： 人民交通 出版社 ， 2 0 1 1 4 徐光辉 ， 胡明义 梁桥 M 北京 ： 人 民交通出版社 ， 2 0 0 4 ， 5 贺栓海 ， 谢仁物 公路桥梁荷载横 向分布计算 M 2版 北 京 ： 人 民交通出版社 ， 1 9 9 6 ( 责任 审编 王红)