某公路桥梁技术及静载试验研究

李玉攀

贵州黔通工程技术有限公司

摘 要:文章以拱桥为静载试验检测对象,为了研究桥梁的实际承载力能否达到设计荷载水平,将固定荷载施加在桥梁的关键控制截面,经过加载和卸载后分析桥梁应变、挠度、裂缝等力学参数的变化,并将相应荷载模拟到有限元分析软件中,对比分析现场实测值与计算值,判定其承载力是否满足要求。该分析方法可以为同类桥梁荷载试验提供参考。

关键词:拱桥;静载试验;校验系数;承载能力;有限元模型;

作者简介:李玉攀(1988—),男,本科,助理工程师,研究方向:桥梁隧道道路试验检测。;

某公路桥梁技术及静载试验研究

0 引言

公路桥梁是重要的交通基础设施,具有施工周期长和工艺复杂的特点,因此,做好公路桥梁的定期检测,进行技术状况评定及动静载试验,以保证其正常运营尤为重要。桥梁的动、静载试验技术性和系统性极强,可以直接反映桥梁的力学性能,确定桥梁的实际承载力能否达到设计荷载的水平[1],并为该桥后续运营维护和旧桥改造提供相关数据支撑和理论依据[2]。

1 工程概况

该文以一典型拱桥的试验检测为例,该拱桥工程概况如下:

桥面净宽7 m,采用支架现浇,主拱圈拱轴线m=2.815fo/Lo=1/6,截面高度1.4 m。拱上结构为实体,腹孔为5 m跨径的整体式实心板。下部结构均为重力式墩台。1#台尾左侧接全挖路基,左侧用挡墙与路基衔接。拱座顶以下基础背面必须与基岩贴切,其地基的水平向承载力不得低于1 MPa。

2 桥梁静力荷载试验

2.1 试验内容

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该次试验选取拱桥主跨结构,针对该结构特点做以下试验:

(1)采集主拱肋及腹孔简支板的应变值。

(2)主拱肋在荷载作用下的挠度。

(3)裂缝观测。

2.2 试验过程

2.2.1 测试断面及测点布置

此次试验选取了桥梁的主跨结构,结合实际检测目的,共布设了5个静挠度测试断面(I-I~V-V),测试控制截面在试验荷载作用下的挠度。每个断面在桥面上对称布设2个点,共计10个挠度测点。挠度监测点分布见图1~2。应变监测点布置如图3~6所示。

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图1 挠度布点示意图(cm) 下载原图

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图2 挠度测点桥面布设图 下载原图

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图3 应变布点示意图 下载原图

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图4 B-B截面应变测点布设图 下载原图

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图5 A-A和C-C截面应变测点布设图 下载原图

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图6 D-D截面应变测点图 下载原图

2.2.2 静载试验工况确定

根据试验内容及测试断面,全桥共分5个试验工况如表1。

表1 试验工况 下载原图

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2.2.3 试验荷载

(1)计算模型。采用Midas/Civil进行计算,设计荷载:汽车-20级,挂车-100,模型如图7所示。

该次静载试验中,拟选装载车作为装载设备,该装载车具有装载运输方便、装卸速度快而且可同时进行试验。加载效率取为0.95≤η≤1.05。按控制截面设计荷载的内力(位移)等效加载,共用重量30 t的载重汽车3辆。加载车辆如图8所示。

(2)试验荷载效率。各控制截面荷载效率如表2所示。

2.2.4 加载过程控制

(1)正式加载试验前,先进行预加载,每一加载时间为15 min。

(2)预加载卸载为零,按计划进行加载。完成加载后待结构恢复后,进入下一工况加载。

2.2.5 静载试验分析

(1)挠度测试。该次试验各工况挠度测试结果汇总如表3。

(2)应变测试。应变测试结果如表4。

(3)裂缝观测。在试验中对控制断面进行了裂缝观测,控制断面未出现裂缝等异常现象,各构件工作状况良好。

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图7 有限元计算模型 下载原图

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图8 试验采用加载车辆示意图(m) 下载原图

表2 荷载效率明细表 下载原图

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表3 各工况挠度测试结果 下载原图

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注:挠度方向“-”为向下。

表4 各工况应变测试结果 下载原图

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注:(1)拉应力为正,压应力为负;(2)“-”表示测点损坏。

3 试验结论

该桥静载试验荷载效率如表2所示,介于0.95~1.02之间,满足规范要求。各控制截面的应变和挠度实测值均小于计算值,表明主梁的刚度和强度均满足设计要求;卸载后各测试截面的相对残余均小于20%,表明结构处于弹性工作状态。整个加载过程中控制断面未出现裂缝等异常现象,各构件工作状况良好。故该桥的结构刚度和应力状况均符合设计要求[3,4]。

4 结语

该文以拱桥为试验研究对象,通过静载试验,分析桥梁应力、挠度位移、裂缝等力学参数的特性,从而判断桥梁的承载力是否达到规范和设计要求,结果可以作为以后桥梁养护维修的依据,同时该文中的检测数据也可以为同类型桥梁检测分析提供参考依据。

参考文献

[1] 陆建兵.荷载试验在桥梁检测中的应用[J].科技创新与应用, 2021(31):108-111.

[2] 赵天野.桥梁动静载试验及数据分析[J].北方交通,2020(9):30-34.

[3] 别宗霖.动静荷载试验在桥梁检测中的应用[J].交通世界, 2022(8):138-139.

[4] 郑一峰,雷刚.城市桥梁技术状况评定及动静载试验研究[J].甘肃科学学报, 2021(2):101-107 127.

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