重型货车过桥时的荷载试验研究

时间:2022-10-27 10:12:18

重型货车过桥时的荷载试验研究

摘要:荷载试验是鉴定桥梁实际承载能力的重要手段之一,能准确、直观的反映出桥梁实际运营过程的受力状态。对于一些存在有超重车辆通行的桥梁来说,荷载试验研究能够为桥梁管理方提供准确、科学的养护依据。

关键词:荷载试验;受力状态;超重车辆

1 引言

近年来随着中国经济的迅速发展,车流量及车辆的载重量也大幅增加,这对于一些原设计荷载较低的旧桥来说是一个极其严峻的考验。为了确保桥梁的安全运营,很有必要对一些旧桥进行实际承载能力的鉴定,在众多桥梁承载能力鉴定的手段中,荷载试验是最常用也是最有效的手段之一。

2 工程概述

低坪大桥全桥长为72m,上部结构为单跨双曲拱,设有6片钢筋砼拱肋,下部结构采用重力式钢筋砼墩台。由于该桥低坪村方向新建了一矿场,今后会常有载重货车(单辆货车载重总量为55t),载重货车车型有三轴、四轴、五轴三种车型。为了确保该桥的运营安全以及准确评判该桥的实际承载力能否满足运输车辆的通行,非常有必要对该桥进行静载试验。

3 控制荷载的确定

综合考虑该桥桥型、外观现状等实际情况,选取该桥1#拱肋(最右边侧拱肋)跨中最大正弯矩为本次静载试验的控制工况。该桥设计荷载为汽-15、挂-80,此外载重货车车型有三种,采用Midas Civil 2010桥梁结构计算分析专用软件分别对以上各种荷载作用下的1#肋跨中最大正弯矩进行验算。经验算可知55t三轴重车的作用下,低坪大桥1#拱肋跨中最大正弯矩最大,故本次静载试验采用的控制荷载为三轴55t重车。

4 静载试验

4.1 加载方案

根据结构计算的等代效应以及现场实际条件,本次静载试验采用三辆4轴重车分三级进行加载,各加载车辆布置及轴重见图4.1。

图4.1 试验加载车位布置及轴重示意图(单位:cm kN)

4.2 测点布置

4.2.1 位移测点布置

在跨中截面的每片拱肋顶桥面处各设置1个挠度测点,利用N3精密水准仪观测各级荷载作用下各测点的挠度变化;分别在0#、1#台拱脚处设置一个测点,采用全站仪观测在各级荷载作用下两侧拱脚的相对位移。

4.2.2 应变测点布置

在该桥跨中截面处1#拱肋~6#拱肋的底板、腹板分别设置应变测点(见图4.3),在1#台各片拱肋的拱脚处各设置1个测点。

图4.3 跨中控制截面处应变测点布置图(单位:cm)

5 静载试验结果及分析

5.1 试验荷载效率

本次静载试验在控制荷载(三轴55t重车)作用下的1#拱肋跨中最大正弯矩由正弯矩值为257.9 kN・m,而在试验满载作用下的1#拱肋跨中处弯矩值为237.3 kN・m,则本次静载试验的荷载效率为237.3/257.9=0.92,略小于《评定规程》中0.95≤η≤1.05的要求。

5.2 挠度分析

(1)桥面各测点挠度的相对残余变形均小于20%,满足《评定规程》要求;各测点的挠度校验系数介于0.59~0.83之间,小于1,满足《评定规程》要求,见表5.1。

表5.1 各级工况下桥面各挠度测点数据表(单位:mm)

项目

测点

满载

卸载

相对残余变形(%)

满载下理论计算值

挠度校

验系数

1#拱肋

2.53

0.25

10

3.27

0.71

2#拱肋

2.31

0.21

9

3.01

0.70

3#拱肋

2.03

0.23

11

2.51

0.72

4#拱肋

1.85

0.13

7

2.33

0.74

5#拱肋

1.41

0.21

15

1.85

0.65

6#拱肋

1.15

0.19

17

1.54

0.62

(2)满载作用下,桥面最大实测下挠值为2.53mm,发生在1#拱肋顶处桥面,此外桥面各测点的实测挠度值均小于理论计算值,说明该结构的实际刚度比理论刚度要大。

5.3 应变分析

(1)各级荷载作用下,跨中截面各主要应变测点的实测数据见表5.2。由表5.2可知:各应变测点的相对残余变形均小于20%,满足《评定规程》要求;各测点的校验系数介于0.57~0.75之间,小于1,满足《评定规程》要求。

表7.3 跨中截面应变测试数据列表(单位:με)

项目

测点

一级

二级

三级

卸载

相对残余变形(%)

满载下理论计算值

应变校

验系数

1#

24

50

65

10

15

75

0.73

2#

22

46

62

8

13

75

0.72

5#

20

43

57

5

9

72

0.72

6#

18

38

55

10

18

72

0.63

9#

16

36

51

3

6

65

0.74

10#

18

35

50

6

12

65

0.68

(2)满载作用下,最大实测拉应力值为65με,出现在1#拱肋底,此外跨中各片拱肋底板处的实测应变值均小于理论计算值,说明该桥实际刚度大于理论计算刚度。

5.3 拱脚相对位移

各级荷载作用下,该桥拱脚的相对水平位移变化很小,最大值为0.35mm,表明该桥基础结构较好。

6 结语

由低坪大桥的静载试验结果可知,该桥的实际承载能力能够满足单辆55t运输重车通行的要求,考虑到该桥原设计荷载较低,因此建议重车过桥时必须单辆逐一通行,并临时禁止其它车辆通过。桥梁荷载试验是鉴定桥梁承载能力的重要手段之一,能非常准确、直观的模拟桥梁在实际运营过程中所产生的位移、应变变化,因此桥梁荷载试验势必会在桥梁的养护、管理方面发挥越来越大的作用。

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