承载能力试验方法（精选九篇）
承载能力试验方法 篇1
松木支柱作为支护材料在煤矿一直应用至今,尤其是作为不回收支护材料仍然发挥着重要的作用[1,2]。例如,在岱庄煤矿膏体充填工作面,松木支柱在工作面壁后的待充填区支护顶板,充填时不回收,直接埋入老空区。一直以来,工程技术人员对松木支柱的承载能力采用估算法,对其真实的强度很少进行试验[3,4]。笔者对岱庄煤矿膏体充填工作面使用的松木支柱进行了室内试验,分析其顺纹抗压强度、横纹抗压强度与含水率的关系,对松木支柱在煤矿的使用具有实际指导意义。
木材有较好的力学性质,但木材是有机正交各向异性材料,顺纹方向与横纹方向的力学性质有较大差别[5]。木材的强度有顺纹强度和横纹强度之分。木材顺纹抗压强度是指木材沿纹理方向承受压力荷载的最大能力,其值多高于木材的其他强度值,且受木材缺陷的影响较小。所以木材广泛地用作柱、桩、斜撑等。木材横纹抗压强度是指垂直于木材纹理方向承受压力荷载在比例极限时的应力(只表示木材到达比例极限时的应力,并不表示木材的被破坏)。超过了比例极限,木材细胞被逐步压扁后,产生一定的塑性变形,随着试件的下沉,由多孔物质变为孔隙较少的胞壁实质物质,木材物质在新的形态范围之内具有更高的力学强度。
木材强度还因树种而异,并受木材缺陷、荷载作用时间、含水率及温度等因素的影响,其中以木材缺陷及荷载作用时间两者的影响最大。因木节尺寸和位置不同、受力性质(拉或压)不同,有节木材的强度比无节木材可降低30%～60%[6]。在荷载长期作用下木材的长期强度几乎只有瞬时强度的一半。含水率对木材力学强度影响较大,含水量每改变1%,木材力学强度改变:抗弯强度4%,抗压强度6%,横纹抗压强度1.5%,顺纹抗剪强度3%[7]。
1 松木抗压强度试验
1.1 试验条件
为了测定岱庄煤矿使用的红松木支柱的抗压强度,在木料场截取支柱的一部分,运抵实验室后加工成20 mm×20 mm×30 mm的标准试件进行试验。
试验在岛津AG-X250电子万能试验机上进行,压头和试件如图1所示。
1.2 木材强度计算方法
试样含水率为ω时的顺纹抗压强度按式(1)计算:
式中:σω是试样含水率为ω时的顺纹抗压强度;Pmax为破坏荷载;b为试样宽度;t为试样厚度。
试样含水率为12%时的顺纹抗压强度按式(2)计算:
σ12=σω[1+0.05(ω-12)] (2)
式中:σ12为试样含水率12%时的顺纹抗压强度;ω为试样含水率,%。
试样含水率为ω时,径向或弦向的横纹全部抗压比例极限应力按式(3)计算:
式中:σyω是试样含水率为ω时的横纹全部抗压比例极限应力;P为比例极限荷载。
试样含水率为12%时的横纹全部抗压比例极限应力按式(4)计算:
σy12=σyω[1+0.045(ω-12)] (4)
式中σy12为试样含水率12%时的横纹全部抗压比例极限应力。
1.3 含水率测试方法
试验结束后,立即称量试样在自然状态下的质量Μ1,待试样完全烘干后立即称量其干燥后的质量Μ2,试样的含水率按式(5)计算:
2 松木抗压强度试验结果
对加工好的红松木试件进行试验,结果如表1—2所示。1#支柱的平均顺压强度为29.4 MPa,2#支柱的平均顺压强度为24.4 MPa,3#支柱的平均顺压强度为20.7 MPa,总体平均顺压强度为24.8 MPa,低于参考资料中红松木的强度35.1～55.0 MPa;但转化成含水率12%时的标准强度为39.2 MPa。1#支柱的平均横压强度为2.8 MPa,2#支柱的平均横压强度为3.2 MPa,3#支柱的平均横压强度为3.5 MPa,总体平均横压强度为3.1 MPa,总体平均横压强度约为总体平均顺压强度的12.5%。
松木抗压强度试验压缩曲线如图2—3所示。
顺纹压缩时,试件极易向某个方向偏移倾向破坏,这也说明松木支柱在井下支护时竖直使用的重要性。木材的特征决定了在横纹压缩时,其承载值没有峰值,故设定木材横纹强度采用变形极限时的承载值。横纹压缩后红松木试件没有明显的破坏,但其加载方向压缩变形较大,而垂直加载在纹理方向的膨胀变形也十分明显。
3 松木抗压强度与含水率的关系
同一根支柱上试件顺纹强度相差不大,但横纹强度差别较大,这与加载面有关。红松木作为单体支柱使用时,主要与顺纹强度有关,只有完全竖直受力时强度最大,所以在井下采用木支柱时,应尽量使其受力平行于支柱纹理。木材强度与含水率相关性极大,干燥的木材抗压强度大大增加,如图4—5所示,故在使用松木作为支柱时应尽量使其干燥。
4 结论
试验研究表明,松木支柱的含水率为19.87%～25.51%,平均为23.58%;自然状态下顺纹抗压强度为19.8～30.1 MPa,平均为24.8 MPa,横纹抗压强度为2.3～3.6 MPa,平均为3.1 MPa;转化成含水率12%时的顺纹抗压强度为33.2～41.6 MPa,平均为39.2 MPa,横纹抗压强度为3.5～5.9 MPa,平均为4.7 MPa。
木材强度与含水率相关性极大,干燥的木材顺纹抗压强度大大增加,在使用松木作为支柱时应尽量使其干燥。木材顺纹承载时,极易向某个方向偏移倾向破坏,在使用松木支柱支护时应尽量保持支柱竖直。
参考文献
[1]宋魁彦.木材顺纹压缩与多维弯曲技术研究[D].哈尔滨:东北林业大学,2008.
[2]孙丽萍.木材含水率在线检测融合体系及仿真技术研究[D].哈尔滨:东北林业大学,2008.
[3]李劲,王忠保.普采工作面使用木柱帽存在的问题及解决办法[J].山西煤炭,2003,23(4):24-25.
[4]张忠辉,刘福安,杨勇.木托锚杆支护在焦家金矿的应用[J].黄金,2006,27(5):24-26.
[5]李勇,张晓东,宋长葆.木支天井在脉状矿体中的应用[J].黄金科学技术,2006,14(1):29-31.
[6]郭建荣.基坑边坡木桩支护施工[J].山西建筑,2000,26(6):47-48.
承载能力试验方法 篇2
为给飞机平尾升降舵接头耳片极限承载能力试验提供参考依据,指导试验方案设计,采用非线性有限元法,将运动约束和节点力作为边界条件直接施加在产生接触的.节点上,将加载棒作为刚体,将耳片作为变形体,运用MSC Patran和MSC Marc分析某飞机平尾升降舵铰链接头耳片在轴向0°,斜向45°和横向90° 3个方向的承载能力,并给出对应的极限承载能力和应力分布情况,用于指导试验加载方案和应变片布置. 通过接头耳片有限元计算得到的载荷-位移曲线与试验曲线大致吻合,预测出的试件破坏最大应力值和最易破坏部位与试验结果也相符合.
作 者：陈秀华 匡国强 汪海 杨凤鹏 CHEN Xiuhua KUANG Guoqiang WANG Hai YANG Fengpeng 作者单位：陈秀华,汪海,CHEN Xiuhua,WANG Hai(上海交通大学空天科学技术研究院 海 40)
匡国强,杨凤鹏,KUANG Guoqiang,YANG Fengpeng(上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海,200240)
简易方法验证楼板承载能力 篇3
[关键词] 堆积 荷载试验 验证 楼板承载力
引言
某工程为砖混结构住宅楼,主体六层,建筑面积3688平米,每一楼层共计26块板,板砼设计强度为C20,其中二、三层楼板共计52块,达到100%强度的楼板占10%,达到设计强度80%的占50%,达到设计强度70%的占40%,为了验证楼板的安全和使用功能,除委托设计核算外,我们又用了一种简易的方法,即堆积荷载试验来验证难楼板的使用功能和安全可靠性,也就是该楼板在堆积荷载作用下产生的挠度在允许范围内,且是否出现裂缝,裂缝也在允许范围中,现在该楼已交付使用两年,没有发现楼板质量问题。
下面介绍这种堆积荷载试验来验证楼板承载力的方法。
一、条件确定
1.楼板极限荷载为1.6吨/m2,正常使用荷载1200Kg/m2包括自重(短期试验荷载)
2.选块楼板几何尺寸均为3.3*4.5m,厚度120mm
3.堆积材料用红砖,每块砖按实际重量2.3Kg计算
4.经计算试验荷载重量为12.04吨,需5235块砖(已去掉板的自重)
5.通过设计计算,楼板的允许挠度为:
L0/200=3.06/200=1.5cm=15mm
(L0为楼板的计算长度,按短边计算为3.06m)
6.楼板的裂缝宽度控制在0.2mm
二、荷载试验加载程序
1.荷载分级
(1)在达到使用状态短期试验荷载值以前,每级加载按试验荷载的20%均匀加载,即12.04*20%=2.408吨,合计1047块砖为第一次加载并均匀分层摆放。
(2)第二次加载为12.04*10%=1.204吨,合计523块砖,均匀分层摆放,每次加载523块,共分8次加载。
(3)达到使用状态短期试验值后,不再加载,即加载结束。
(4)达到使用状态短期试验荷载后,测量楼板挠度,观察是否出现裂缝。
(5)在加载过程中,若超过允许挠度或出现裂缝加载结束
(6)卸载时应在楼板上的试验荷载剩余值与加载时的某一荷载相对应。
2.荷载持续时间
(1)每级荷载加载或卸载后的持续时间为10min,不能少于10min且相等
(2)对试验变形和裂缝宽度的结构构件在使用状态短期试验荷载作用下的持续时间为30min,不能少于30min。
(3)对使用阶段不允许出现裂缝的结构构件的检验性试验,在抗裂检验荷载作用下宜持续10-15min。
三、挠度测量(变形测量)
1.根据整间板(双向板)受力特点,挠度测点用两块千分表,沿两个跨度方向或曲率方向的跨中设置。
2.量测时间
(1)加载前,在没有外力作用下测读仪表的初始读数,并以此数作为量测构件变形的基准。
(2)试验时在每级荷载作用下应在规定的荷载持续时间结束时,量测构件的变形。
(3)一般构件在使用状态荷载作用下30min的持续时间内,在5min、10min、15min、30min时量测构件的变形,并做好记录。
四、裂缝的量测
1.在各级荷载作用下,若出现裂缝,应选三条裂缝宽度进行量测,并取其最大值为最大裂缝宽度。
2.最大裂缝宽度应在使用状态短期试验荷载值持续作用30min结束时进行量测。
3.楼板的裂缝宽度控制在0.2mm,并做好记录
五、安全措施
1.荷载试验前,整间板下要设有防止因为破坏而往下坍落的结构托架和支撑。
2.由于结构在荷载作用下将产生一定的挠度,并逐渐下降,托架表面与被支承面之间的距离尽可能的小,托架上应放置若干个叠层垫块,每块厚度10-20mm,试验过程中,随被支承表面的下降逐层撤除,使其保持间隙不大于几厘米。
3.试验现场要有专人负责,安全监测,做好安全防护工作。
六、试验结果表明,板在给定的短期试验荷载作用下,变形为2.85mm,即挠度2.85mm,小于规定值15 mm。
承载比(CBR)试验方法浅析 篇4
关键词：承载比(CBR),试验,新方法
1 承载比试验介绍
承载比试验是由美国加州公路局首先提出来的,简称CBR(Ca1ifornia Bearing Ratio的缩写)试验。日本也把CBR试验纳入全国工业规格土质试验方法规程(JIS A1211-70)。所谓CBR值,是指试料贯入量达2.5mm时,单位压力对标准碎石压入相同贯入量时标准荷载强度的比值,贯入量为2.5mm时,标准荷载强度为7000MPa,标准荷载为13.7kN。CBR是路基土和路面材料的强度指标,是柔性路面设计的主要参数之一。在《公路路基施工技术规范》(JTG F10-2006)[1]第4.1.2条对CBR值有明确规定,路基填方材料强度,应达到表1所列CBR值,方可使用。
当路床填料CBR值达不到表1所列数据要求时,可采用掺石灰或其它稳定材料等措施进行处理。
在《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)[2]规定的试验方法,采用风干试料,按四分法备料,先按标准重型击实试验求得试料的最佳含水量和最大干密度后,再按此最佳含水量制备三种干密度试件,每种干密度试件制3个,则共制9个试件,每层击数分别为30、50、和98次,使试件的干密度从低于95%到等于100%的最大干密度。但是9个试件常常离散不符合精度要求,重新做试验需要7d,浪费时间和人力,且加大投入,影响工期和效益。为此,我们在长期具体试验过程中,摸索总结出一种试件制备方法,其单位压力与贯入量的关系曲线顺滑,试验结果离散性小,变异系数CV都小于12%,经过对比试验,试验结果精度不变,现提出来,敬请各位同行批评指正。
2 新承载比试验原理
本试验原理为:按路基施工时的最佳含水量及压实度要求在标准试筒内制备试件;为了模拟材料在使用过程中的最不利状态,加载前饱水4d;在浸水过程中及贯入试验时,在试件顶面加荷载板以模拟路面结构对土基的附加应力;贯入试验中,材料的承载能力越高,对其压入一定的贯入深度所需施加的荷载越大。
试验采用具有代表性的风干试样(必要时可在50℃烘箱内烘干),用橡皮锤打碎土块,但应尽量注意不使土或粒料的单个颗粒破碎。土团均匀捣碎到通过5mm筛孔,取有代表性的试样,用四分法取14份,每份质量6kg,供击实试验和制备CBR试件用。
取5份试样,分别加入不同水分(按2%〜3%含水量递增),拌匀后,闷料一夜,做击实试验,求得该试样的最大干密度和最佳含水量。
将其余的9份试样,按击实试验求得的最佳含水量制备9个试件。加水浸润,重粘土不小于24h,轻粘土可缩短到12h,砂土可缩短到1h,天然砂砾可缩短到2h左右,制备每个试件时,都要取样测定试样的含水量。
将以上九份试样,制备成三种干密度试件,每种干密度试件3个。每层击数分别30、50和98次,使试件的干密度从小于95%到等于100%的最大干密度。
规程规定的试件成型方法为:将制备好的试样分3～5层倒入筒内(视最大粒径而定)。按五层法时,每层约需试样900g,(细粒土)-1100g(粗粒土)按三层法时,每层需试样1700g左右(其量应使击实后的试样高出1/3筒高1〜2mm)。整平表面,并稍加压紧,然后按规定的击实次数进行第一层试样的击实,击实时,锤应自由垂直落下,锤迹必须均匀分布于试样表面上。第一层击实完后,将试样层面“拉毛”。然后再装入第二层的试样,重复上述方法进行其余每层试样的击实。大试筒击实后,试样不宜高出筒高10mm。
卸下套环,用直刮刀沿试筒顶修平击实的试件,表面不平整处用细料修补。取出垫块,称试筒和试件的质量。
3 采用的新制件方法
(1)做标准重型击实试验,求得最大干密度和最佳含量。
(2)按最佳含水量闷料。
(3)计算每个试样重量,根据所要求的压实度,使试件的干密度从低于95%到等于100%的最大干密度三种区域,根据试件千密度,再推出试样的重量,算式如下:
试样重量=0.93 (0.95和1.0)×最大干密度×试筒体积×(1+最佳含水量)
(4)制备试件:先将垫块(厚5mn)和滤纸放入试筒内,但用其他垫块板将试筒垫高3cm使试筒底比垫块底高出3cm,(为使试件上.下面均匀受压),装上套环。按计算好的试件重量多称10〜15g(成型试件时的损耗),把试样分成5份,取一份倒入试筒内.整平,用橡皮锤均匀捣实,依次类推,试样装完后,放好滤纸,把5cm厚的垫块装在滤纸上,把垫块及试筒一起放在反力框架或万能试验机中,均匀缓慢施压,等两端垫块全部压入试筒和套环内为止,加压1min后,卸载,取出垫块,卸下套环,试样高出试筒很少,一般不超过2mm,用直刮))沿筒顶修平试件。取出垫块,称重,把试件安装在多孔底板上,并在上安装带有调节杆的多空板,在多孔板上加4块承载板。
(5)将试筒与多孔板一起放入水槽内,(先不放水),并用拉杆将模具拉紧,安装百分表,并读取初读数,要注意预留足够的百分表行程。
(6)向水槽内缓缓放水,使水自由进行到试件的顶部和底部,在浸水期间,槽内水面应保持在试件顶部以上25mm。通常试件要浸泡4d。
(7)浸泡终了时,读取试件上百分表的读数,并计算膨胀量。
(8)从水槽中取出试件,倒出试件顶面的水,静置15min,让其排水,然后卸去附加荷载和多孔板、底板和滤纸,并称重,以计算试件的湿度和密度的变化。
(9)将泡水终了的试件放到路面材料试验仪的升降台上,调整偏球座,使贯入杆与试件顶面完全接触,在贯入杆施加45N荷载,然后将测力和测变形的百分表的指针都调整至零点。加荷使贯入杆以1〜1.25mm/min的速度压入试件,记录不同贯入量及相应荷载。总贯入量应超过7mm。
以单位压力(P)为横坐标,贯入量(L)为纵坐标,绘制P-L关系曲线,必要时进行原点修正。
从P-L关系曲线上读取贯入量分别为2.5mm和5.0mm所对应的单位压力P2.5(MPa)和P5.0 (MPa),一般采用贯入量为2.5mm时的单位压力与标准压力之比作为材料的承载比(CBR)
CBR2.5=P2.5/7×100%
同时计算贯入量为5.0mm时的承载比。
CBR5=P5/10.5×100%
如果贯入量为5mm时的承载比大于2.5mm时的承载比,则试验要重做,如果仍然如此,则采用5mm时的承载比。
该试验的精度要求为:3个平行试验结果计算得的承载比变异系数Cv大于12%,则去掉一个偏离大的值,取其余2个结果的平均值。如Cv小于12%,且3个平行试验结果计算的干密度偏差小于0.03g/cm3,则取3个结果的平均值。如3个平行试验结果计算的干密度偏差超过0.03g/cm3,则去掉一个偏离大的值,取其2个结果的平均值。
经过多次试验,现将洛宁西山底至栾川秋扒公路改建工程一标(洛阳市远博路桥建筑有限公司)的试验结果对比摘录见表2。
备注:最大干密度=19.4g/cm3,最佳含水量=14.6%
4 结语
经过大量的比较试验,新方法测定承载比(CBR)值变异系数小,其结果与标准试验的结果一样,采用新方法,减少因变异系数不合格而重做试验,新方法可能因地区土质局限性,有不足之处,欢迎各位同行提宝贵意见。
参考文献
[1]JTG F10-2006，公路路基施工技术规范．
承载能力试验方法 篇5
笔者在多年的高速公路桥梁检查与养护工作过程中,经常发现桥梁被火烧的情况,部分桥梁损伤严重。火灾损伤产生的原因主要有两个方面:一是危化品运输车突发火灾后停滞在桥上,危化品猛烈燃烧,将对桥梁造成不同程度的损伤;二是桥梁临近村庄,桥下堆积柴草等易燃杂物,发生火灾后损伤桥梁。
火灾后桥梁结构受高温影响,导致混凝土和钢筋材料性能劣化,而受火区域的不均匀产生的温度差异改变了结构的内力分布形式,使得内力分布不合理。最直接的后果是桥梁的承载能力受到削弱。
JTG H11-2004《公路桥涵养护规范》中明确要求:在桥梁遭受灾害性损伤后,应对其进行应急检查。目前尚无针对火灾后桥梁的检测评定规范,火灾后材质状况的评定方法存在局限性,很难准确地评定火灾对桥梁承载能力的影响程度。因此,静载试验是评定火灾后桥梁承载能力的最直接和行之有效的方法。
1 桥梁概况
某高速公路小桥,跨径组合为3~10 m,桥梁交角70°。本桥半幅桥面宽14 m,横向布置10块空心板。上部结构采用普通混凝土简支空心板梁,下部结构为柱式墩、钻孔灌注桩基础、薄壁式桥台。上部结构空心板、铰缝采用30号混凝土,盖梁采用30号混凝土,墩柱采用25号混凝土。
1.1 火灾成因
2014年5月,高速上行方向发生车辆追尾事故,事故造成1辆载有可燃物体的车辆起火,由于司机处理不当,车辆停在了桥上,可燃物体燃烧液化流至桥面,后顺桥梁横坡通过路侧钢护栏流至2号墩盖梁和2号墩外侧柱,并在该处堆积燃烧,造成2号墩盖梁外侧立面及外侧墩柱烧伤严重,3孔10号板端烧伤严重,火灾对3孔构件影响较大,相邻孔构件也受到一定的影响。
1.2 火灾后桥梁技术状况检查与评定
1)桥面系检查。全桥桥面过火面积约为350 m2,火烧处沥青面层老化破碎、粗骨料外露,局部露出防水混凝土。第3孔桥面3#台顶内侧车道曾出现严重坑槽破损,面积为20 m2,火灾发生后管养单位及时用沥青进行修补,修补后产生车辙、坑槽等病害。桥面外侧波形护栏严重变形、损坏、褪色,2号墩顶外侧护栏基座混凝土破损、露筋。
2)上部结构检查。第3孔10#梁端,翼板在靠近2号墩处混凝土破损露筋约长2 m。第3孔1#~10#板底均存在多条横向裂缝,间距约为0.1 m,宽度0.1~0.25 mm。第2孔1#~4#板底出现多条较明显的横向裂缝;5#~10#板底较明显横向裂缝,间距约为0.1 m,宽度0.1~0.2 mm,板底横缝间有纵向支缝,形成网裂。支座无明显变形,表面有不同程度的烟熏。与火灾前桥梁定期检查和经常检查数据对比分析,发现空心板裂缝较火灾前有严重发展。
3)下部结构检查。2#墩3#柱严重破损,混凝土破损、脱落、空鼓、剥离面积约为9 m2,脱落处混凝土深度3~7cm,局部主筋外露。高温造成2#墩3#柱截面存在折减,完整区域周长为3.15 m,严重破损区域周长为3.03 m,减少了12 cm。盖梁在2#墩3#柱顶处存在破损、露筋面积为0.6m2,盖梁外侧悬臂底面存在空鼓面积为0.165 m2。
4)桥梁技术状况等级评定。根据JTG/T H21-2011《公路桥梁技术状况评定标准》,该小桥右桥全桥评分为59.5,综合评定为4类。桥梁上部承重构件和桥墩均为5类构件。
2 桥梁上部结构承载能力检算
本桥选取火灾最严重的第3孔进行承载能力检算。计算采用桥梁博士平面杆系有限元程序,荷载横向分布系数支点处采用杠杆法,L/4~3L/4处采用刚接板梁法,中间采用线性内插。桥梁设计活载为汽车-超20级,挂车-120。板混凝土采用C30混凝土,Ec=3.0×104MPa,容重26 k N/m3。普通钢筋采用HRB335,Es=2.0×105MPa。桥面铺装为9 cm沥青层+10 cm C30防水混凝土,均布荷载施加。桥梁两侧防撞护栏按均布荷载施加于边梁与中梁上。
由于火灾高温对桥梁结构存在一定程度的损伤,因此,根据JTG/T J21-2011《公路桥梁承载能力检测评定规程》,并结合桥梁外观检查和无损检测结果考虑折减,取承载能力检算系数Z1取1.00,承载能力恶化系数ξe取0.085。
考虑折减前后的承载力计算结果(如表1)。考虑折减后边板(受火灾影响最严重板)跨中的正截面抗弯强度有明显减少,抗力效应与作用效应之比为0.96,<1.0。根据评定规程的有关规定须通过荷载试验评定桥梁承载能力。
3 桥梁静载试验检测
由于火灾对桥梁的影响程度不均匀,本次对桥梁的3个孔跨均进行静载试验。
3.1 静载试验实施
1)确定静载试验效率系数。静载试验效率系数是某一控制截面的试验荷载作用下的计算效应与该截面设计控制效应的比值,宜0.95~1.05。
本次试验荷载按原设计荷载选定,采用等效荷载加载,等效荷载采用3辆单车重约450 k N的三轴载重汽车,荷载试验效率系数为1.02。加载车辆的前中轴距为3.5 m、中后轴距为1.4 m、横向轮距为1.8 m。
2)测试项目及方法。应力:第1~3跨L/2断面10#板底钢筋应力。应力测试采用先测出应力测点处的应变,然后根据材料的物理特性由应变计算出应力的方法。
挠度:第1~3跨跨中断面各空心板的挠度。挠度测试所用仪器是数显百分表,方法采用悬挂钢丝法。
3)加载工况。本桥对1~3孔均进行静载试验,试验加载时各孔均分三级加载,第一级为试验荷载的40%,第二级为70%,第二级为100%。在满足试验荷载效率以及能够达到的试验目的前提下,加载工况进行简化、合并,以尽量减少加载位置或加载次数。横桥向分为偏心加载和对称加载,顺桥向为各试验孔跨中正弯矩位置。横向偏心加载是最不利荷载试验工况。
3.2 静载试验结果
各孔10#板的钢筋应力测试结果如表2所示。试验孔跨中断面各板挠度校验系数对比结果如表3、图1~2所示。通过测试结果可以看出。
1)相同荷载作用下各孔的10#板钢筋应力有明显的差异。最不利试验荷载工况偏心加载作用下第3孔10#板的应力校验系数最大为0.72,<1.0,但超过了最大常值0.7。增大的受火灾影响较大,而第3孔的10#板烧伤最严重。
2)在相同试验荷载作用下,6#~10#板校验系数大小差异较大。在最不利试验荷载工况偏心加载作用下,第3孔10#挠度校验系数为0.92,<1.0,但超过了最大常值0.80。
3)应力和挠度测试结果均说明火灾对桥梁第1跨的强度和刚度影响较小,第2跨次之,第3跨最大,这与火灾现场实际情况相吻合。说明高温对梁体承载能力已造成一定程度的不利影响。
4)加载过程中,对第3跨10#板跨中腹板竖向裂缝进行了实时观察,在第3跨加载前裂缝宽度为0.2 mm,车辆偏心布载时裂缝宽度扩展为0.38 mm,车辆对称布载时裂缝宽度扩展为0.32 mm,卸载完毕后裂缝宽度恢复到0.2mm。钢筋混凝土构件最大允许竖向裂缝宽度为0.25 mm,加载过程中裂缝宽度已超限。
4 桥梁承载能力评定
根据规范要求,应取挠度和应力校验系数中的较大值对承载能力检算系数Z1进行修正,用Z2代替Z1。通过静载试验得出第3孔10#板的最大校验系数为0.93,内插计算得承载能力检算系数Z2为0.985。
根据表1中数据,计算桥梁最不利边板的静载试验后知结构抗力效应为581.1 k N·m,作用效应与抗力效应的比值为1.11,大于规范要求的1.05,说明桥梁第3孔的承载能力已不能满足要求。
5 结语
本文通过对火灾后空心板桥进行静载试验,根据静载试验结果对桥梁承载能力检算数据进行修正,以此评定空心板桥的承载能力。该方法也可为其他类型桥梁的火灾后承载能力评定提供参考,其评定结果可为火灾后桥梁的加固设计提供技术依据。火灾后的混凝土强度等材料特性的检测与评定目前尚无成熟的标准可依,可采纳的检测方法均有自身的局限性[6]。而火灾后桥梁承载能力评定过程中需要根据混凝土强度等确定分项检算系数,因此,火灾后混凝土材质状况的检测与评定是关键因素,而制定与之相适应的规范标准是必要的。
参考文献
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[2]JTG/T J21-2011公路桥梁承载能力检测评定规程[S].
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[5]湛润水,胡钊芳.公路桥梁荷载试验[M].北京:人民交通出版社,2003.
承载能力试验方法 篇6
水下连接器外载荷试验台是对水下连接器的安全性能和技术性能试验检测的关键设备, 已经成为国际水下石油特种装备研究的重要内容[1]。目前, 世界各大水下石油开采公司都在进行可加载千吨级拉压载荷的试验台的研究, 如FMC Technologies公司的水下连接器试验台可对连接器进行拉压800t载荷, 试验台高度可达10 m[2]。目前国内还没有对水下连接器试验台进行研究, 随着海洋石油开采的规模越来越大, 水下连接器的使用量成指数上升, 迫切需要研制能够满足各种连接器测试的试验台来提高我国水下装备技术。
笔者所研究的多功能水下连接器试验台可承受拉力和压力载荷500t, 弯矩载荷8000 k N·m, 扭矩载荷1200 k N·m, 通过ANSYS对水下连接器外载荷试验台进行极限承载能力分析, 对水下连接器试验台的极限强度进行校核, 分析其极限承载能力并进行结构优化。
1 水下连接器外载荷试验台分析和建模
试验台承载能力是按照国外最大水下连接器的承载能力进行设计的, 对了能够进行垂直和水平连接器测试, 试验台采用对称结构[3]。主要承载部件是主基座、侧基座、弯矩架和复合连接架, 这4个部件都为箱式结构。试验台整体三维模型图如图1所示[4]。
首先分析可能出现的受力状态, 下面以垂直连接器为例, 说明不同加载模式下的加载方式。实验台不同加载方法如图2所示。典型的工况 (受力状态) 有:水下连接器拉力加载, 如图2 (a) 所示;水下连接器压力加载, 如图2 (b) 所示;水下连接器弯矩加载, 如图2 (c) 所示;水下连接器扭矩加载, 如图2 (d) 所示。主基座在拉力加载时承受压力载荷;压力加载时承受拉力载荷;弯矩加载时承受弯矩载荷;扭转加载时承受扭转载荷。侧基座在弯矩加载时承受弯矩载荷;扭矩加载时承受扭矩载荷。复合连接架承受拉力、压力和扭矩载荷。弯矩架承受弯矩载荷。在试验台测试过程中, 这4种载荷的受力是由固定在主基座和侧基座的8只加载液压缸加载的 (图1) , 于此对应的是试验台的4种受力状态。此外, 从这4种载荷下可以看出, 试验台的主基座、侧基座和复合连接架的受力复杂, 应力分布不均, 易出现应力集中[5]。
根据试验台4种不同的加载方式, 并且结合试验台实际的工作情况, 所以模型的约束条件为固定底面的地脚螺栓支座, 底面施加一个自由度为零的约束[6]。
2 有限元力学性能分析
利用有限元分析软件ANSYS对水下连接器外载荷试验台的关键零部件进行有限元分析, 得到水下连接器外载荷试验台在不同加载方式时的应力及应变图, 主基座的应力应变图如图3所示。在拉力、压力、弯矩、扭矩载荷作用下主基座的应力都处于200 MPa之下, 其中弯矩加载时的应力分布变化较大, 主基座与侧基座连接处存在应力集中现象。具有普遍规律的是在主基座固定连接器附近应力水平比较高, 一般小于200 MPa, 因此主基座结构设计合理[7]。
侧基座的分布如图4所示, 在拉力、压力、弯矩、扭矩载荷作用下侧基座的应力都处于100 MPa之下, 应力均处在低水平状态, 其中弯矩加载时的应力分布变化较大, 主基座与侧基座连接处存在应力集中现象。具有普遍规律的是在主基座和侧基座连接处附近应力水平比较高, 但是都小于100 MPa, 所以侧基座结构设计合理。
复合连接架的分布如图5所示, 根据复合连接架在不同加载模式下的有限元分析结果, 复合连接架的最大应力出现在连接螺栓孔处, 最大应力为162.43 MPa, 小于材料的许用应力。复合连接架的最大位移变形量为1.821 mm, 最大位移变形量出现在加载缸耳环支座处, 此位移变形量相对整个复合连接架结构来说数值很小。根据以上分析结果可得出复合连接架结构设计符合要求。
弯矩架的分布如图6所示, 根据弯矩架有限元分析结果可知, 弯矩架工作时最大应力发生在中间单耳环处, 最大的应力值为187.58 MPa, 最大变形量为0.64 mm, 此最大变形量发生在两端的耳环支座处。根据弯矩架所采用的材料及其整体尺寸, 结合以上分析结果, 可知弯矩架的结构设计满足设计要求。
3 结论
利用有限元ANSYS研究分析了水下连接器外载荷试验台的应力和应变情况, 分析了在拉力、压力、弯矩、扭矩4种载荷下的应力和应变情况。研究表明, 水下连接器外载荷试验台在大吨位外载荷时, 尤其在弯矩和扭转载荷下应力集中比较明显, 而拉力和压力加载模式下试验台的应力水平和应力集中相对较低。试验台在拉力、压力、弯矩和扭矩工况下受力均在安全范围内。根据分析还可以看出应力存在明显的分布不均现象, 低应力状态处应力值约为40 MPa, 但连接固定处等局部位置应力达到200 MPa, 因此妥善处理连接固定位置对提高水下连接器外载荷试验台的可靠性有着重要意义。
参考文献
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[2]石东兵.海底油气水平管道连接器关键技术研究[J].海洋开发与管理, 2009:7-12.
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承载能力试验方法 篇7
我国现有的公路桥梁多建于20世纪60～80年代, 由于当时的设计标准较低, 而且运营时间比较长, 结构的退化现象比较明显, 随着重型车辆的不断增加, 这部分桥梁已不能适应现代交通运输的要求。为了确保桥梁运营的安全性, 急需对这部分桥梁进行检测、维修和加固。本文通过对某在役钢筋混凝土梁桥的静载试验, 对其实际工作状态和承载能力进行评价。
1 桥梁概况
某跨河大桥建于1975年, 其行车方向与所跨河流流向正交, 桥跨组合为8×16 m, 横向布置为:0.6 m+7 m+0.6 m, 桥型结构为普通钢筋混凝土5梁式组合I型梁桥, 桥墩形式为桩柱式, 基础形式不祥。
该桥主梁梁底宽32 cm, 肋宽18 cm, 梁间距160 cm;铺装层采用水泥混凝土, 混凝土标号不详;主梁受力钢筋为II级, 直径与间距不详。
目前该桥已出现了挠度过大、大面积裂缝、漏筋等现象, 为了确保其运营的安全性, 通过桥梁荷载试验, 鉴定其现有承载能力。
2 试验方案
2.1静载试验测试内容
1) 结构跨中截面的应变 (应力) 。
2) 结构跨中截面的挠度。
2.2测点布置
通过现场外观观察及试验要求, 确定南边第2跨为试验跨。
2.2.1 应变测点
根据装配式I型梁桥的受力特点, 在跨中截面布设40个混凝土测点和2个钢筋测点, 如图1所示。
2.2.2 位移测点
跨中竖向挠度和支点沉降采用位移计或百分表量取。位移计或百分表架设如图2所示。
2.3试验荷载选用
静力荷载试验采用汽车加载, 将控制截面最不利荷载位置的设计荷载用试验车辆按静力等效原则进行模拟[1]。因完全符合荷载设计标准的车队较难找到, 故本试验加载汽车选用载重汽车模拟设计荷载, 根据初步估算分析, 拟选定2辆200 kN的汽车 (单车总重为200 kN, 要求前轴重40 kN, 中后轴160 kN, 前中轴距为325 cm, 中后轴距为135 cm) ;2辆230 kN的汽车 (单车总重为230 kN, 要求前轴重50 kN, 中后轴180 kN, 前中轴距为325 cm, 中后轴距为135 cm) 进行试加载。车辆尺寸如图3所示。加载试验效率控制在《公路旧桥承载能力鉴定办法》[2]要求的0.85～1.05之内, 并保证试验截面加载达到设计最不利状态时, 其他截面工作正常且小于最不利状态。因该桥为旧桥, 其性能较差, 所以加载试验效率控制在接近低限0.85。
2.4试验荷载施加
跨中截面位置处采用横向偏载, 其具体的荷载布置方式如图4所示。加载过程中先采用2辆重200 kN的车辆进行分级加载, 根据测试情况再采用230 kN的车辆进行分级加载。
3 试验结果与分析
3.1跨中挠度测试结果与分析
跨中挠度数据是指加载的测读数减去初读数和卸载读数的平均值, 再扣除支座沉降影响后的值。
各梁在偏载作用下的跨中挠度曲线图如图5、6所示。
从图5、6中可见, 该桥跨在200 kN、230 kN双车试验偏载作用下各测点实测挠度均大于理论挠度, 测点校验系数均大于1, 不符合规范规定的校验系数η≤1的要求。
3.2跨中应变测试结果与分析
在2辆重200 kN的汽车偏载作用下, 跨中测试截面的实测应变值与理论计算值的比较见表1, 梁底边应变横向分布如图7所示; 2辆重230 kN的汽车偏载作用下, 跨中测试截面的实测应变值与理论计算值的比较见表2, 梁底边应变横向分布如图8所示。
该测试应变数据是指加载的测读数减去初读数和卸载读数的平均值。另外I型梁应变为对称点的平均值, 分别用1、2、3、4表示, 4表示底板应变、1表示I型梁最上边应变, 2、3分别表示肋上测点。
从表1, 表2, 图7和图8中可以看出:该桥在200 kN和230 kN双车试验偏载作用下, 跨中截面的实测应变大于理论计算值, 测点校验系数均大于1, 不符合规范规定的校验系数η≤1的要求。
3.3裂缝观测
试验跨东侧边梁主要裂缝多达15条, 各裂缝深度不等, 裂缝宽度为0.08～0.56 mm, 其中裂缝最大深度为111.3 mm, 最大宽度为0.56 mm, 裂缝分布如图9所示;西侧边梁裂缝多达8条, 其深度各不相同, 其宽度为0.08～0.45 mm。裂缝最大宽度为0.45 mm, 裂缝分布如图10所示。微弯板裂缝描述如图11所示。
裂缝最大宽度超过《公路桥涵设计规范》[3]和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》[4]裂缝宽度限制值0.2 mm, 施加荷载以后裂缝宽度均有不同程度的增大, 卸载后基本上能恢复到初始值, 裂缝处于稳定阶段, 但有进一步发展的趋势。
4 结束语
1) 外观检测显示, 桥面铺装损坏严重, 伸缩缝破损、脱落、淤填等, 主梁有大量裂缝, 结构表面有剥落、严重露筋现象, 主梁支座处梁体局部已经劈裂。
2) 在桥上无荷载作用的情况下, 桥跨梁底板最大裂缝宽度为0.56 mm, 远远超过《公路桥涵设计规范》[3]和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》[4]规定限值0.2 mm。且在试验荷载作用下, 其裂缝均有扩展。
3) 桥跨结构在总重200 kN的双车和总重230 kN的双车试验荷载作用下, 各点的挠度、应变实测值均大于计算值, 说明在汽-10级和汽-15级荷载作用下其桥跨刚度及承载能力均不满足要求。
综合外观检测和静载试验, 结果表明:目前该桥梁在正常使用状态下其承载能力不满足汽车-10级要求。建议在未加固之前, 应禁止10吨以上车辆通行。
摘要：通过对某在役钢筋混凝土梁桥进行外观检测以及静载试验, 测得控制截面的挠度和应力, 将其与理论值进行比较, 对该桥的使用性能进行出评价。
关键词：在役梁桥,静载试验,承载能力
参考文献
[1]谌润水, 胡钊芳.公路桥梁荷载试验[M].北京:人民交通出版社, 2003
[2]交通部.公路旧桥承载能力鉴定方法 (试行) [M].北京:人民交通出版社, 1988
[3]JTJ022—85, 公路桥涵设计规范[S].北京:人民交通出版社, 1985
承载能力试验方法 篇8
阿拉善盟土地资源丰富,地类单一,以草类、沙地、裸地为主,植被退化,沙漠化逐年加剧[1]。同时,工业化与城镇化进程的加快,导致阿拉善盟非农建设不断占用耕地而且沙化严重不宜种植,因此利用非耕地来补充耕地面积的不足是十分必要的[2]。随着农业设施的大力推广,日光温室作为主要的设施之一,以其建造简 洁、投入成本 低逐步为 广大农户 所接受[3]。日光温室后墙的研究主要集中在后墙的传热性能、改性生土墙性能,以及黄土墙厚度优化[4,5,6]。
目前,当地日光温室后墙主要有两种类型: 砖墙外贴保温板和夯实土墙。经调研,这两种方式存在有明显缺点: 前者造价高,冬季由于加温带来的收益无法弥补投入,不宜采取全年作业; 后者由于采用当地土壤为主要原料[7],该土为砂性土含少量黏力,稳定性远远低于黄土、黏土等,抗灾能力弱,遇水易坍塌,后期修复费用高,寿命仅能达到2 ~ 3年。
本文以夯土后墙承载力为研究对象,通过原土与水泥、RCS固化剂按照一定比例混合进行对比试验,测定不同土样的抗剪强度、无侧限抗压强度,以期用较少的投入得到较好的性能提升。
1 试验设计
1. 1 试验原料
试验原料: 原土、RCS土壤固化剂[8]及32. 5#硅酸盐水泥。
试验土样采自位于阿拉善左旗吉兰泰镇瑙干陶力嘎查哈图左林的非耕地示范温室基地,选用建造日光温室后墙的原土。
综合对比市场上的4种土壤固化剂,考虑到固化剂的价格不宜过高,因此选择添加量增加1% 固化性能提高较多的种类。从市场上销售的固化剂中,选择性价比较高的RCS土壤固化剂[9]。水泥选择普通32. 5#硅酸盐水泥。
1. 2 正交试验设计
影响原土稳定性的因素有很多种,本试验选取水泥和固化剂两种原料对原土进行固化。水泥含量为主要影响因素。由于固化剂价格较高,结合性能参数及厂家提供数据,从降低成本和起到一定效果的角度考虑,选取两种水平的固化剂添加量作为次级影响因素[9]。
按照水泥、固化剂不同含量,分别进行9组实验,如表1所示。水泥含量均为原土质量的百分比,固化剂含量为占水泥含量的百分比,下同。
1. 3 试样制备
将采集来的原状土过5mm筛子,去除大石砾、树根等成分; 过0. 25、0. 075、0. 005mm筛子,确定颗粒组成; 测出天然重度及液限、塑限; 烘干土壤,确定出土样天然含水率,通过控制含水量测定最大干密度和最优含水量。原状土的物理力学性质如表2所示。
在土样中加入一定量的水至其达到最优含水率,然后按照表1中的值称取不同量的水泥和固化剂,混合掺入土样中。具体实验方法参考《土工试验方法标准GB - T50123 - 1999》。
1. 4 直剪试验
试验仪器选取SJ - 1A型应变控制式三轴剪力仪。采用规格为61. 8×6. 18×20的直剪试件,因土样已经固结,故采用不排水不固结的方式进行剪切试验。抗压试样每种试样12个,分为3组,每组分别在100、200、300、400k Pa垂直荷重下测量。具体试验步骤参照《土工试验方法标准GB_T50123 - 1999》。黏聚力c、内摩擦角测试结果如表3所示。
1. 5 无侧限抗压试验
试验仪器为杠杆式无侧限抗压仪,采用规格40×40×80抗压试件。后墙受到的力主要来自于上下表面,故选择无侧限抗压试验的方式。具体试验步骤参照《土工试验方法标准GB_T50123 - 1999》。抗压强度测试结果如表4所示。
2 试验结果与分析
2. 1 抗剪强度结果与分析
通过计算可得: 相比1号,2号、3号土样黏聚力提升5. 7% 以上; 相比3号,4号、5号土样黏聚力提升60. 1% ; 相比5号,6号、7号土样黏聚力提升44. 4% ;相比7号,8号、9号土样黏聚力提升37. 4% 。即水泥含量由3% 到1% 黏聚力提升率最大。其中,固化剂含量3% 相比不加固化剂土样黏聚力提升12. 2% 。土样黏聚力变化曲线如图1所示。
相比1号,2号、3号土样内摩擦角增大8. 8% 以上; 相比3号,4号、5号土样内摩擦角增大20. 1% 以上; 相比5号,6号、7号土样内摩擦角增大0. 97% 以上; 相比7号,8号、9号土样内摩擦角增大9. 5% 以上。即水泥含量由3% 到1% 内摩擦角提高率最大。其中,固化剂含量1% 相比不加固化剂土样内摩擦角提升0. 91% 。土样内摩擦角变化曲线如图2所示。
由此可以看出: 加3% 水泥土样的黏聚力、内摩擦角、抗剪强度提升效率最高,且加1% 的固化剂对土样的性能提升效果明显。
2. 2 无侧限抗压试验结果与分析
无侧限抗压试验结果如图3所示。
从图3可以看出: 土样的抗压强度随着水泥、固化剂含量的增加而增加,水泥含量的增加对抗压强度的提高影响显著; 固化剂的添加对土的抗压强度有一定影响,4号 ~ 7号土样相比1号 ~ 3号土样抗压强度增加76. 09% 以上,6号 ~ 7号土样相比4号 ~ 5号土样抗压强度增加11. 39% 以上,8号 ~ 9号相比6号 ~ 7号土样抗压强度40. 44% 以上。其中,水泥含量由1%到3% 抗压强度增加率最大。3% 的水泥加1% 的固化剂的组合 相比未加 固化剂的 组合抗压 强度增加11. 63% 以上。
3 日光温室承载能力计算
3. 1 试验温室设计
温室方位角: 温室建于阿拉善左旗吉兰泰镇瑙干陶力嘎查哈图左林的非耕地温室示范基地,地处北纬38°18'49. 31″ ,东经105°32'42. 38″,南偏西5°。据几何方位,跨度8. 5m,脊高4. 70m[10],拱间距为0. 85m;前屋面角影响温室的采光,为保证其合理性前屋面仰角31°[11]; 试验温室后屋面角设计为42°,水平投影长度为2 230mm[12]。拱杆上下弦为Φ32×2镀锌钢管,腹杆为Φ8钢筋。后墙1 500mm厚原土坯 墙外贴150mm厚聚苯板保温层,保温被2. 5kg / m2,50mm厚。日光温室剖面图如图4所示。
3. 2 荷载组合确定
温室后墙受到的荷载主要有恒荷载( 包括: 桁架荷载、墙体自重) 、风荷载、雪荷载、施工荷载、作物荷载、保温被,以及薄膜荷载、屋脊操作人员荷载。从多种荷载组合中,选取最不利的情况进行验算。分析恒荷载起主要作用,参照规范《GB 50009 - 2012》[13]。
阿拉善地区标准风压为0. 4k N /m2,保温被及膜重取0. 05k N /m2,后坡重1. 20k N /m。根据8. 5m跨日光温室钢骨架每667m2用钢量3 400kg,计算出每跨骨架重0. 360 9k N,单跨墙体自重为97. 334k N,人重荷载取1k N,作物荷载为0. 1k N /m。受力情况如图5所示。
3. 3 墙体受力分析
选取最不利情况,根据组合计算公式[13],有
计算日光温室对后墙施加的剪力,根据公式[13],有
其中,S为荷载效应组合设计值; γG为恒荷载的分项系数,其效应对结构有利时取1. 0,不利时取1. 2,故此验证取1. 2,以确保结构的稳定性; γQi为第i个可变荷载的分项系数,取1. 4; SGK为按恒荷载标准值计算的荷载效应值; SQik为按可变荷载标准值计算的荷载效应; γCi为可变荷载Qi的组合值系数,风荷载时取0. 6,其他荷载取0. 7; n为参与组合的可变荷载数。
结合式( 1) ~ ( 2) 对日光温室进行受力分析[14],得出最不利的荷载组合下单个桁架对墙体产生的最大水平推力为4. 2k N,单跨墙体上表面受到的竖直压力为15. 215k N,下表面受到的竖直压力为125. 215k Pa。
3. 4 试样承载力计算
3. 4. 1抗剪强度验算
图6为莫尔 - 库伦曲线与各土样的抗剪强度曲线,从图6中可以看出: 莫尔 - 库伦曲线与各土样的抗剪强度曲线均是相离的; 1号、2号抗剪强度线与温室的抗剪强度要求接近,为保证温室的安全性,对1号、2号配比方式舍弃; 3% 的水泥添加能够达到温室的剪力强度要求; 3% 的水泥加1% 的固化剂的组合性能较不加固化剂的方式抗剪强度提高明显。
3. 4. 2 抗压强度验算
抗压强度与温室压力线如图7所示。由图7可以看出: 4号 ~ 9号土样可以达到温室抗压强度的要求,1号 ~ 3号无法达到温室的抗压强度要求; 3% 的水泥添加即可达到温室的抗压强度要求,且能保证其安全性; 3% 的水泥加1% 的固化剂相比未加固化剂情况,其抗压强度提高明显。
3. 4. 3 试样承载力分析
通过抗剪强度、抗压强度两方面详细对比分析,发现选取水泥含量在3% 能够达到使用要求。3% 水泥加1% 固化剂组合相比3% 水泥组合可以使承载能力有较大幅度的提升,因此将3% 水泥加1% 固化剂作为最终选取方案。
4 结论
1) 随着水泥含量的升高其黏聚力、内摩擦角、抗压强度均有所提升,但不呈线性关系; 固化剂对土样的性能有影响,其中添加3% 水泥时固化剂性能提升的效果最为显著。1% 的固化剂在水泥含量3% 时效果最为明显。
2) 3% 水泥加1% 固化剂的组合方式既可以满足温室对后墙承载力要求又能保证温室的安全性,为该种土组合相对最佳组合。
承载能力试验方法 篇9
关键词：桥梁承载能力,静载试验,桥梁检算,技术状况等级评定
随着国家经济发展的突飞猛进, 交通运输事业的发展也是蒸蒸日上, 交通量与日俱增, 车辆载重显著提高, 加之部分地区管养不当或自然等因素的影响, 已使得部分桥梁处于一种带病、超负荷工作状态。故如何对桥梁实际状态做出评估, 确切评定其承载能力, 以便采用科学合理的管养办法, 改善其适应度, 提高公路通行能力, 这是我国公路质检机构所面临的一大紧迫任务。
1 目前桥梁静载试验评定桥梁承载能力概况
(88) 公路技字11号, 公路旧桥承载能力鉴定方法规定, 当桥梁静载试验项目比较全面时, 可采用荷载试验主要挠度测点的校验系数η来评定结构的强度和稳定性。检算时对结构的抗力效应进行折减或提高, 公式如下:
对于砖石和混凝土桥:
其中, Sd为荷载效应函数;Q为荷载在结构上产生的效应;γso为结构的重要性系数;γs1为荷载安全系数;ψ为荷载组合系数;Rd为结构的抗力效应函数;Ri为材料或砌体的极限强度;γm为材料或砌体的安全系数;αk为结构的几何尺寸;Z2为检算系数。
对于钢筋混凝土及预应力混凝土桥:
Sd (γgG;
其中, Sd为荷载效应函数;G为永久荷载;γg为永久荷载安全系数;Q为可变荷载及永久荷载中混凝土收缩、徐变影响力, 基础变位影响力;γq为荷载Q的安全系数;Rd为结构的抗力效应函数;γb为结构工作条件系数;Rc为混凝土强度设计采用值;γc为在混凝土强度设计采用值基础上的混凝土安全系数;Rs为预应力钢筋或非预应力钢筋强度设计采用值;γs为在钢筋强度设计采用值基础上的钢筋安全系数;Z2值见表1。
2 桥梁静载试验评定承载能力存在问题探讨
例1:重庆某区县二级公路上某大桥梁上部结构采用6×20 m 预应力混凝土简支空心板, 下部结构采用双柱式桥墩和重力式U形桥台。上部结构横桥向布置9片空心板, 板高0.9 m, 板宽1.00 m, 采用40号混凝土, 桥面铺装采用厚度为6 cm～13 cm防水混凝土。桥面宽:0.25 m (栏杆) +0.75 m (人行道) +7.00 m (车行道) +0.75 m (人行道) +0.25 m (栏杆) =9.00 m, 双车道设计。设计荷载标准为:汽车—20级、挂车—100, 人群3.5 kN/m2。选取3跨为静载试验跨, 试验前对该桥进行了病害观测, 发现该桥各测试跨板体底板跨中区域存有纵向裂缝, 裂缝长度在0.5 m～8 m范围, 裂缝最大宽度为0.5 mm (超出规范限值0.2 mm) 。从该桥测试跨各板板底纵向裂缝的宽度及长度来看, 该桥梁体需要进行加固处理。但对该桥进行静载试验时, 采用4辆单桥车作为试验荷载, 该桥跨中截面荷载效率达到0.98。但该桥实测应力校验系数为0.220～0.557, 挠度校验系数为0.309～0.360。从静载试验的结果看该桥有一定的安全储备;同时根据表1的规定该桥检算时承载能力也会提高。
例2:重庆某区县二级公路上某中桥上部结构采用4×20 m预应力混凝土简支空心板桥, 设计为部分预应力A类构件;下部构造为重力式桥台、扩大基础及桩柱式墩;上部结构横桥向布置9片空心板, 板高0.9 m, 板宽1.00 m, 采用40号混凝土;其行车道宽度为:0.50 m (防撞护栏) +8.60 m (行车道) +0.50 m (防撞护栏) ;汽车—20级、挂车—100。静载试验前发现该桥测试跨自右侧起第4号板及第5号板板底跨中区域各有3条横向贯通裂缝, 横向裂缝最宽达0.10 mm, 不满足设计规范要求。对该桥静载试验时采用4辆单桥车作为试验荷载, 该桥跨中截面荷载效率达到1.006;但该桥实测应力校验系数为0.396～0.512、挠度校验系数为0.396～0.440。从静载试验的结果看该桥有一定的安全储备;同时根据表1的规定该桥检算时承载能力也会提高。
例3:重庆某立交桥为一座 (18.87+3×20+16) m普通钢筋混凝土连续板桥, 梁高90 cm, 其行车道宽度为:0.50 m (防撞护栏) +10.00 m (行车道) +0.50 m (防撞护栏) ;其设计荷载标准为:汽车—20级、挂车—100。静载试验前该桥每跨L/4区～3L/4区段, 箱梁底面密布横向贯通裂缝, 并伴有少许纵向裂缝, 纵向裂缝最长达12 m, 横向贯通裂缝最大宽度达0.4 mm, 纵向裂缝最大宽度达0.2 mm, 竖向裂缝最大宽度达0.22 mm。可定为危桥。对该桥静载试验时采用4辆单桥车作为试验荷载, 该桥跨中截面荷载效率达到1.006;但该桥实测应力校验系数为0.137～0.672, 挠度校验系数为0.443～0.940。从静载试验的结果看该桥仍有安全储备;同时根据表1的规定该桥检算时承载能力也会提高。
3 桥梁技术状况评定方法简介
桥梁各部件技术状况评定的方法为:根据各部件缺损程度 (大小、多少或轻重) 、缺损对结构使用功能的影响程度 (无、小、大) 和缺损发展变化状况 (趋向稳定、发展缓慢、发展较快) 三个方面定出扣分标度 (0, 1, 2) , 以累加评分方法对各部件缺损状况做出等级评定, 同时按照各部件对应权重进行分数累加。
综合评定
4 桥梁承载能力评定发展方向预测
综合目前桥梁静载试验评定桥梁承载能力的不足之处, 桥梁承载能力评定的发展方向可能为综合桥梁静载试验及桥梁技术状况评定二者合一。将桥梁承载能力评定满分值定为100分, 其中静载试验满分占A分, 桥梁技术状况评定满分占B分, A+B=100。其静载试验结果得分值与应力及挠度校验系数有关, 定为a×A。其中, a为权重系数由应力及挠度校验系数的大小范围确定。桥梁技术状况评定具体得分值由桥梁各部件的技术状况评定确定, 其值为B×Dr/100, 其中, Dr为按桥涵养护规范确定的分数值。桥梁承载能力最终得分为W=a×A+B×Dr/100, 其中, W的分值越高桥梁的安全储备越大。
5 结语
本文简述了目前桥梁承载能力评定的主要及常用方法为桥梁静载试验及桥梁检算, 并通过桥梁静载试验实例阐述了桥梁静载试验及桥梁检算对桥梁承载能力评定方面尚存不足之处。并预测了未来桥梁承载能力评定方法的发展方向, 其有待于进一步分析研究及大量静载试验、桥梁检算及技术状况评定等数据论证。本文对桥梁承载能力评定方法发展方向的预测仅为桥梁荷载试验者们抛砖引玉, 旨在更多的研究者能够重视桥梁荷载试验, 提出更为科学的方法, 客观全面的评价桥梁的承载能力。
参考文献
[1] (88) 公路技字11号, 公路旧桥承载能力鉴定方法[S].
[2]JTG H11-2004, 公路桥涵养护规范[S].
