基于静载试验检测的混凝土斜拉桥承载力评价.pdf
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1、111交通科技与管理工程技术0引言静载试验主要向待测桥梁结构施加分级荷载,通过仪器监测控制截面应力、挠度及裂缝变化程度,将监测值和理论值(或规范值)进行比较,得到桥梁结构实际运行状态。与动载试验相比,静载试验过程简便,对交通运行影响时间短、范围小,能快速得出桥梁结构承载力及运行状态测试结果。基于此,该文以具体桥梁为例,对静载试验过程及结果展开分析探讨,得出桥梁承载力检测结果,为桥梁运行状况的评价提供了依据。1工程概况某跨河特大桥全长 0.958 km,主桥和引桥桥面宽37.6 m 和 33.5 m,桥跨按照 240 m+(40 m+110 m+320 m+110 m+40 m)+(40 m+4
2、2 m+42 m)+342 m 布置。主桥为双塔双索面预应力混凝土斜拉桥形式,主梁为 C55 预应力混凝土结构,桥面按 2%设置横坡;边箱底板宽 4 m,主梁中心高 3.2 m;主梁标准段长 6 m,顶底板厚 0.3 m和 0.4 m,腹板厚 0.5 m,斜底板厚 0.3 m。该桥梁于 2011 年建成运行,运行过程中随着交通量的持续增大,梁底和桥面先后出现破损、开裂,桥梁管理部门于 2022 年 10 月展开桥梁检测与承载力评价,主要检查桥梁损伤程度、类型、病害特征,并根据检测结果推测桥梁实际承载力、运行状态及安全等级,为养护处治提供依据。2试验梁模型的建立2.1模型构建结合对该混凝土斜拉桥
3、病害的检测结果,第 14 联8389 跨为其最不利梁区段,故应用 Midas Civil 有限元软件构建试验梁分析模型。根据试验梁特点,在节点和单元建立时必须确保单元与纵横梁中心线重合,在纵梁向以1.5 m 为 1 个单元,按照横向尺寸进行横向单元划分1。按照这一思路,共构建起 831 个单元和 458 个节点。各墩顶横隔梁和纵梁均采用 C50 混凝土材料,对材料弹性模量、泊松比、容重、线膨胀系数等特征值进行定义。各种混凝土材料所使用的水泥强度、运行环境、收缩龄期等不尽相同,应同时进行定义。该文以该混凝土斜拉桥上部荷载参数展开分析,通过构建有限元模型分析。在桥梁下部支座设计中,利用一般支撑取代
4、上部结构各个转动与移动约束条件2。根据建设的分析模型,从研究方面出发进行如下两个荷载分析:一是结构混凝土自重荷载数据,按 2.6 t/m取值;二是移动荷载,按照技术标准开展移动荷载计算确定,确定移动荷载车辆和工况。2.2控制截面理论分析计算应用桥梁结构有限元分析软件采用精度较高的梁格法3构建试验区段模型,并对试验段桥梁结构受力展开理论分析。经过对设计荷载弯矩包络图进行试验桥梁段三个最不利受力截面,分别为 83 跨近跨中的 A 截面、83#墩顶 B 截面、84 跨跨中的 C 截面。3静载试验过程3.1测试断面及测点布置挠度测试截面布置:在边跨截面横桥向设置测量点,布置 3 个挠度检测部位,利用光
5、学水准仪测定挠度参数;主跨横桥向左、右幅、中央侧分别设置一条测线,总计21 个点位,获取准确的挠度数据。应变测试截面布置:在各桥墩墩顶最大负弯矩截面布置应力应变测试断面。3.2试验加载3.2.1加载车辆该桥梁采用超-20,挂-120 的设计荷载等级,根据移动荷载、静载在最不利控制截面形成内力基本相同的收稿日期:2023-10-15作者简介:彭军(1985),男,大专,工程师,从事工程检测工作。基于静载试验检测的混凝土斜拉桥承载力评价彭军(吉安博源工程检测有限公司,江西 吉安 343000)摘要文章立足大宽度混凝土斜拉桥荷载试验检测技术难题,以某跨河特大桥工程为例,综合应用有限元模拟和现场试验手
6、段,得出最不利加载工况;结合设计荷载弯矩包络图确定控制截面与测点位置,并根据最不利控制截面的内力等效原则展开等效静载、加载位置的计算确定;对静力荷载作用下桥梁结构响应、承载力及结构运行状态展开分析,并对测试截面应变、位移等实测值与理论值进行比较。检测结果可为桥梁承载力评价及维修加固提供指导。关键词静载试验;检测;混凝土斜拉桥;承载力;评价 中图分类号U446.1文献标识码A文章编号2096-8949(2023)23-0111-042023 年第 4 卷第 23 期112交通科技与管理工程技术标准,利用有限元模型分析等效静载车辆与布载分布。按照如下原则加载:(1)尽量在加载车辆少的一侧进行静载试
7、验分析。(2)为缩短对车道的占用时间,应在每一工况加载时对该工况车辆加载位置二次利用,减少车辆移动。(3)车辆加载时应以达到具体加载项目测试为主要目的。按照以上原则,拟定出以下几种工况:工况 1:近跨中主梁 A 截面最大正弯矩加载试验。结合现场试验条件及等代效应要求,通过 4 辆 34 t 的重车展开加载,并分两次进行;满载后持荷 0.51 h,一次卸荷后持续观测 0.51 h,此后进行主梁截面挠度和应变值检测。工况 2:墩顶主梁 B 截面最大正弯矩加载试验。通过有限元软件展开分析,通过在最不利截面弯矩等效原则开展试验分析,通过 4 辆 34 t 的重车分 3 级加载;待满载后加载车辆在加载位
8、置停留 3060 min,此后卸载;等受力稳定后由应变仪检测主梁截面应变。工况 3:跨中主梁 C 截面最大正弯矩加载试验。即通过 4 辆 34 t 的重车展开加载,待加载至满载状态后试验车辆原位停留 3060 min,此后卸除荷载,进行主梁截面挠度与应变测试。以上几种工况下所使用的试验车辆依次编号为 1#试车、2#试车、3#试车和 4#试车,车牌号分别为粤AD5102、粤 AD54PC、粤 AQ437R、粤 AQ36D1;全部试车前轴距均为3.2 m,后轴距均为1.35 m,前轮距为2 m,后轮距为 1.8 m,前轴重 68 kN,后轴重 272 kN,总重量340 kN。3.2.2加载效率根
9、据国家标准的要求,为了使得静力荷载试验能达到应有效果,并能根据设计荷载开展最不利控制截面结构相应分析,需要将验收荷载试验效率进行确定,将其处于 0.851.05 之间,将鉴定性试验效率系数取值控制在 0.951.05 之间。静力荷载试验荷载效率系数4按下式计算:(1)式中,q 静力荷载试验荷载效率系数;Ss按设计荷载等效的试验静载在最不利截面产生的最大变形或内力;S 设计荷载在最不利截面产生的最大变形或内力;试验冲击系数。结合试验参数进行分析,该次混凝土斜拉桥静力荷载试验数据可见表 1。分析表内数据信息,静载试验荷载效率取值应达到标准要求,执行设计荷载等效试验静载最不利截面形成的影响要素与设计
10、荷载在相同截面的最不利影响是基本相同的,说明应用等效静载所评估的桥梁工作性能、受力特性等切实合理。4静载试验结果为降低温度变化对试验过程及结果的影响,静载试表 1静力荷载试验效率控制截面中跨跨中截面支点处截面边跨最大弯矩截面试验荷载/(kNm)2 561.32352.12 061.2控制荷载/(kNm)2 577.82394.92 069.8静载试验荷载效率系数0.9990.9670.985验安排在 2022 年 10 月 22 日晚间 23:00 至次日凌晨 4:00之间展开,试验历时 5 h,试验期间环境温度变化不超出2,故温度的影响可忽略不计。4.1各控制截面试验结果根据实桥车辆荷载分级
11、加载得出的各测点实测值和理论值的对比,展开混凝土斜拉桥实际受力以及刚度和强度是否满足要求的分析。4.1.1主梁 A 截面测试结果受到等效荷载分级加载作用后该截面各测点挠度实测值和计算值汇总见表 2,表中“+”表示上翘,“”表示下挠。主梁 A 截面满载状态下静力荷载试验效率最大部位L3 测点处挠度实测值为 5.13 mm,卸荷后残余挠度为0.12 mm,弹性挠度5.04 mm,结构应变理论值为5.21 mm,校验系数 0.95,相对残余应变为 2.34%。所有测点校验系数取值均不超出 1;最大相对残余应变实测值取17.41%,未超出 20%的规范要求;满载情况下各测点校验系数与相对残余应变值均符
12、合试验规程,表明该斜拉桥处于线弹性工作状态,结构刚度较好并存在一定富余。受到等效荷载分级作用后,主梁 A 截面应变实测值和计算值对比情况见表 3,表中“+”表示拉应变,“”表示压应变。根据表中结果,主梁结构在满载状态下测点Y-1试验效率最大,实测应变为 129.1,卸荷后残余应变降至14.9,实测弹性应变为 112.8,理论应变为 131.7,校验系数取 0.86,相对残余应变为 11.85%。各个点位的校验系数与相对参与应变发生较大变化,但是都达到要求,说明斜拉桥为线性弹性变化条件,刚度性能较好,具备一定安全裕量。4.1.2主梁 B 截面测试结果受到等效荷载分级作用后,该截面应变实测值和计算
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