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¿Cómo probar la capacidad de carga de puentes de carretera?

1. Introducción

1.1 El propósito y la función de la prueba de capacidad de carga de puentes de carretera

Nuestro país construye cada año una gran cantidad de puentes con estructuras novedosas, grandeza y diversas formas. Independientemente del tramo único, la complejidad estructural y la dificultad técnica de la construcción, el nivel técnico de la construcción de puentes en mi país ha entrado en las filas avanzadas del mundo.

Con el avance de la ciencia y la tecnología, los métodos y teorías de diseño de estructuras de puentes han sufrido cambios fundamentales. Sin embargo, todavía existen muchos factores inciertos que afectan la calidad de los proyectos de puentes. En cuanto a la calidad del proyecto del puente, la gente espera comprender y dominar su desempeño y efectos.

La realización de pruebas de carga de puente completo en puentes con grandes impactos, estructuras novedosas y muchos proyectos ocultos es el método y medio más directo y eficaz para juzgar la calidad inherente de los proyectos de puentes una vez completados y aceptados. . Al mismo tiempo, también acumula experiencia en resumir la teoría del diseño y la tecnología de construcción, crea las condiciones para mejorar el nivel general de la construcción de puentes y proporciona una base científica para la futura gestión del mantenimiento de puentes.

Un experto estadounidense dijo una vez: "No importa cuán alta sea la tecnología de análisis estructural, no puede reemplazar las pruebas de campo utilizadas para evaluar el desempeño de los puentes de carreteras. Cuando el edificio está sujeto a cargas de trabajo, los resultados de la prueba de deformación se registran y el ingeniero puede comprender mejor la respuesta estructural real del puente en función de los resultados de la prueba "

1.2 Nuevo estándar para la carga de vehículos en puentes de carretera

. El estándar de la industria "Estándar técnico de ingeniería de carreteras" (JTGB01— 2003-2003). El modelo estándar de carga de vehículos y su clasificación utilizados en el diseño original de la estructura de puentes y alcantarillas de las carreteras en los últimos 40 años se han ajustado significativamente. Primero, las cargas de flota estándar de Nivel 4 se cambiaron a cargas de vehículos Highway-I, Highway-I y Highway-I. En segundo lugar, la carga de vehículos adopta los métodos de carga de carriles y de carga de vehículos ampliamente utilizados en el extranjero. Además, la carga de control se cancela formalmente y la influencia de la carga de control se refleja indirectamente en el patrón de carga del vehículo a través de varios métodos.

Las "Especificaciones Generales para el Diseño de Puentes y Alcantarillas de Carreteras" (JTG D 60-2004) también propone que al diseñar puentes y alcantarillas de carreteras, el coeficiente de distribución lateral de las cargas en los carriles debe calcularse con base en la número de carriles de diseño. Al mismo tiempo, la carga del vehículo en un puente de varios carriles debe considerar la reducción de varios carriles cuando la luz calculada del puente es superior a 150 m, también debe reducirse de acuerdo con el factor de reducción longitudinal especificado; Estructura continua de varios tramos, toda la estructura debe reducirse según el máximo. El tramo de cálculo tiene en cuenta la reducción longitudinal del efecto de carga del vehículo.

1.3 Interpretación de los nuevos estándares de carga de vehículos

¿Ya en Estados Unidos? En 1944, el Código Americano de Puentes de Carreteras (AASHO) adoptó cargas de vehículos y cargas de carril, es decir, estándares de carga viva de doble vía, para complementar los defectos y deficiencias de los estándares de diseño de carga viva. La mayor ventaja de utilizar la carga del carril es que la carga del carril se distribuye fácilmente en la línea de influencia. Una vez que se conocen la forma, el área y el valor máximo de coordenadas de la línea de influencia, el programa de carga es simple y la carga de trabajo de cálculo es pequeña. Para un puente con una estructura de puente específica, se determina su línea de influencia de fuerza interna. Por lo tanto, para simplificar los estándares de carga viva de los puentes y ser más consistentes con las condiciones reales de uso de los puentes, es más beneficioso que perjudicial adoptar el modelo internacionalmente aceptado para los estándares de carga de vehículos de los puentes de carreteras de mi país.

Para los nuevos estándares de carga de vehículos, los términos de las especificaciones generales estipulan:

①El esquema de cálculo de carga de vehículos en las especificaciones originales es utilizar una flota de vehículos pesados ​​y una serie de vehículos estándar con intervalos específicos para expresar. La práctica ha demostrado que esta solución es inconveniente para los cálculos de carga manuales y por computadora, y los resultados de los cálculos son discontinuos a medida que cambia el tramo del puente. Sin embargo, si el esquema consta de una carga uniforme qk, el efecto de la carga se puede calcular siempre que se conozcan el área de la línea de influencia y la coordenada vertical máxima del puente. Se puede encontrar en los manuales pertinentes de diseño de puentes o se obtiene mediante cálculo simple.

②La carga del carril especificada en la especificación es en realidad una carga virtual, y sus valores estándar qk y pk se obtienen mediante la medición y el análisis del efecto de la flota de automóviles (peso y distancia del vehículo).

(3) En el diseño de puentes, para obtener la tensión máxima de la viga principal, la carga del vehículo debe cargarse excéntricamente en la plataforma del puente. Este método aún se puede utilizar para cargar la carga del vehículo. excéntricamente para obtener el coeficiente de distribución lateral de la carga del vehículo.

Para adaptarse a los nuevos estándares de carga de automóviles, al realizar pruebas de capacidad de carga de puentes de carreteras, se debe centrarse en probar la línea de influencia de fuerza interna longitudinal del puente y el coeficiente de distribución de carga transversal, y luego analizar y evaluar la capacidad de carga real del puente.

2. Métodos de prueba y detección de la capacidad portante de puentes de carretera

2.1 Procedimientos de prueba cuantitativa de la capacidad portante de puentes

Realizar pruebas de carga en puentes de carreteras para detectar y evaluar su capacidad de carga y las condiciones reales, debemos seguir las leyes unificadas de causa y efecto internas y externas, profundizar la comprensión y el seguimiento del fenómeno a la esencia, de la superficie al interior, y buscar la relación cualitativa entre la situación actual del puente y la capacidad de carga. capacidad de inspección y pruebas de carga en el sitio, para determinar las pruebas específicas del puente, planificar el tramo de prueba y la ubicación de la prueba, y realizar pruebas estáticas bajo carga paso a paso y realizar pruebas dinámicas de acuerdo con múltiples condiciones de trabajo; diferentes velocidades del vehículo según el principio de liberación de tensión, mida la tensión de carga muerta de la estructura (si las condiciones y la detección correspondiente están disponibles, el instrumento puede considerar esta prueba) y el módulo elástico del hormigón, observación de la deformación espacial de las dimensiones geométricas estructurales; Método para detectar etiquetas de materiales concretos, etc. Sobre la base de una serie de datos medidos, se comparan y analizan los valores medidos y los valores teóricos en condiciones similares, y el coeficiente de calibración se utiliza como medida de los parámetros del índice y la racionalidad.

Por lo tanto, la capacidad de carga real y las condiciones reales del puente se pueden determinar mediante un análisis de confiabilidad y una evaluación del estado real.

2.2 Ensayo de la línea de influencia longitudinal del puente

El principal indicador que refleja la capacidad portante del puente es la fuerza o tensión interna de cada sección de control. De acuerdo con los requisitos de las nuevas especificaciones, cuando se conocen la línea de influencia longitudinal y la coordenada vertical máxima del puente, se puede obtener el efecto de la carga (fuerza interna o tensión), y también se puede conocer la capacidad de carga del puente. .

Basado en ejemplos de ingeniería, este artículo presenta el método de utilizar carga bidireccional para determinar la línea de influencia longitudinal de la fuerza interna de la sección de control del puente y luego evalúa la capacidad de carga del puente. .

3. Ejemplo de prueba de capacidad de carga de un puente en arco

3.1 Descripción general del puente Huanghua

El puente Huanghua, ubicado en la carretera nacional 320 en la ciudad de Pingxiang, provincia de Jiangxi, es Un puente de hormigón armado de doble arco de curvatura, con una longitud total de 188 m, el puente principal tiene tres vanos, y la distancia libre entre cada vano es de 28,5 m. La carga de diseño del puente principal es vapor-13 y remolque-60, el ancho neto del tablero del puente es 7,3 m, no hay acera, la relación de luz es 1/6, el coeficiente del eje del arco de diseño M=2,20, el El ancho del anillo del arco principal es de 8 m y el grosor del anillo del arco es de 0,88 m. Adopte pilares de arco abdominal tipo columna. La estructura inferior es: muelle sólido de hormigón de escombros de 15#, la parte superior del muelle tiene 2,5 m de ancho y los cimientos son todos excavaciones abiertas y cimientos ampliados.

3.2 Determinación de la línea de influencia longitudinal del círculo del arco principal

Para determinar la distribución longitudinal de las barras de hormigón y acero del círculo del arco principal a lo largo del vano del arco, es Es decir, en la línea de influencia longitudinal, se utilizaron dos carros “Roma” La carga se distribuye aguas abajo, con un total de 10 espacios de estacionamiento (Figura 1).

Para medir la línea de influencia longitudinal, es necesario disponer un vehículo de dos ejes en cada posición de carga a lo largo de la dirección del puente como se muestra en la Figura 1, y mostrar la deformación correspondiente a una línea de medición. punto en la ordenada de la posición de carga correspondiente, utilice el método iterativo para encontrar el valor de ordenada de la línea de influencia de la posición del punto de medición.

Para encontrar el valor máximo de la línea de influencia longitudinal de un punto de medición, primero se debe colocar el eje trasero de la carga en la posición del punto de medición y luego se pueden colocar las otras posiciones de la carga. calculado de forma recursiva. Como se muestra en la Figura 1, dado que el eje trasero del rodamiento ⑩ está ubicado exactamente en la sección del domo, el valor máximo de la línea de influencia de cada punto de medición en la sección del domo se puede obtener de las series de rodamientos del rodamiento ① y del rodamiento ⑩.

Sin embargo, para puntos de medición como L/4 en la viga longitudinal, las posiciones del eje de la rueda trasera en cada posición de carga en el sistema de carga anterior no coinciden, y solo los valores de influencia de estas mediciones Se pueden obtener puntos en estas posiciones de carga. Sin embargo, el valor máximo de la línea de influencia de estos puntos de medición no se puede obtener directamente.

Para medir realmente el valor máximo de este punto de medición, el eje trasero de otro soporte se puede colocar en este punto y empujarse hacia adelante o hacia atrás hacia otros soportes hasta que un extremo de la plataforma del puente forme un Serie de portadores suplementarios. Como se muestra en la Figura 1, para complementar el valor máximo del segmento L/4, la serie de portaequipajes suplementaria consta del portaequipajes 11 y el portaequipajes 13, y el eje trasero del portaequipajes 13 actúa sobre el segmento L/4. Para garantizar la exactitud de los datos, la carga debe pesarse con precisión y la posición del punto de aplicación debe estar lo más alineada posible.

3.3 Determinación del coeficiente de distribución lateral de la carga del puente

Para medir la distribución de la carga lateral del puente, se midió la deflexión del anillo del arco principal en el orificio de prueba bóveda y sección L/4 respectivamente, y luego obtuvimos el coeficiente de distribución lateral real del puente.

②La carga se dispone detrás de dos vehículos de "gran tráfico" con un peso cada uno de 300 kN.

3.4 Resultados de la prueba de capacidad de carga del puente

① Según el coeficiente de distribución transversal de carga del puente medido, la distribución de la fuerza interna de cada nervadura del puente es uniforme y el rendimiento general es bueno. .

(2) Bajo la acción de los dos vagones "Roma", ya sea la tensión del hormigón y el acero en la sección media del tramo, o la tensión del hormigón en las secciones L/4 y de pie del arco, la distribución longitudinal a lo largo del tramo del puente y las líneas de influencia longitudinal correspondientes son consistentes con la situación teórica. Demuestra que la calidad de la construcción y el desempeño del servicio del puente son buenos. El efecto combinado de la arquitectura arqueada y los círculos en arco es obvio.

4. Ejemplo de prueba de capacidad de carga de un puente de vigas cajón continua

4.1 Descripción general del puente

La longitud total del puente de la autopista Ganjiang en Ji'an, Jiangxi tiene 1577,08 m y el diseño de luz de todo el puente es losa hueca de 34 × 16 m + viga de 5 × 40 mT + viga cajón continua (60 + 4 × 100 + 60) m (puente principal) + viga de 2X40 mT + 14x655. El espacio libre neto del tablero del puente es de -15+2x1,76m de acera. Carga de diseño: automóvil - nivel 20, remolque - 120, carga multitud 3,5 kn/m2.

La estructura superior del puente principal es una viga cajón continua de una sola cámara de doble cajón, la estructura inferior es un pilote de hormigón pretensado en forma de V y la cimentación es un pilote perforado de tamaño mediano de 7,8 m. .

4.2 Propósito y contenido de la prueba

El propósito de esta prueba es probar la rigidez, resistencia y propiedades mecánicas generales de la estructura del puente, y probar si el puente cumple con los requisitos de diseño. y se puede utilizar normalmente. Por lo tanto, de acuerdo con las características de diseño del puente principal y la distribución de los momentos flectores positivos y negativos, bajo la acción de la carga automóvil-super 20, el momento flector positivo máximo se ubica en la sección media del tramo a 108,9 m del centro. del apoyo del muelle No. 39 en dirección Ganzhou (en adelante denominado Sección A), el momento flector negativo máximo se ubica en la sección del apoyo a 173,34 m de distancia del centro del apoyo del muelle No. 39 (en adelante denominado como sección B). Las vigas de amarre longitudinales y transversales en la parte superior de cada muelle en forma de V son componentes importantes para asegurar el funcionamiento normal del muelle en forma de V. Las vigas de atado verticales son de hormigón pretensado y las vigas de atado horizontales son de hormigón armado ordinario. Por lo tanto, la sección de ensayo se define como la sección A, la sección B y la sección del punto medio de la viga de tirante longitudinal en la parte superior del muelle No. 41 (en adelante, sección C).

4.3 Método de prueba

Debido a las características de este puente, como su gran luz, largo rango de prueba, tablero de puente ancho y alto estándar de carga de diseño, si las especificaciones de diseño son A continuación, el tablero del puente se llenará con cuatro. Un tren requiere una gran cantidad de vehículos pesados, lo que no solo es difícil de encontrar y reunir en este momento, sino también costoso. Por lo tanto, en esta prueba, se midieron las líneas de influencia longitudinales reales de la tensión y la deflexión del concreto del puente real bajo la carga de prueba, y se compararon con los valores de tensión y deflexión del concreto calculados teóricamente de la sección correspondiente del puente bajo la prueba. carga para identificar si el puente cumple Si los requisitos de diseño se pueden cumplir para un uso normal.

4.4 Disposición de los espacios de estacionamiento longitudinales para vehículos de carga de prueba

Durante la prueba, los espacios de estacionamiento longitudinales para vehículos de carga se dispusieron comenzando desde el final de la viga cajón continua en el Muelle 39, y cada Se utilizaron 8 m en dirección a Ganzhou como plazas de aparcamiento de prueba, marcadas en el tablero del puente con pintura roja y reglas de acero. * * * Hay 41 plazas de aparcamiento y la longitud total del campo de carga es de 335 m. En este momento, el esfuerzo y la deflexión causados ​​por la carga en las secciones A, B y C son muy pequeños y sus efectos pueden ignorarse.

4.5 Análisis de los resultados de las pruebas

4.5.1 Los resultados de las pruebas se clasifican de la siguiente manera en la Tabla 2-Tabla 6.

4.5.2 Análisis de los resultados de las pruebas

(1) Según los coeficientes de calibración de los valores medidos de cada sección de la Tabla 2 a la Tabla 5 y los valores de cálculo teóricos correspondientes , todos cumplen con los requisitos de "Concreto de luces largas". Los requisitos de 1,0 ≥ 71 > especificados en "Métodos de prueba de puentes"; 0,8 indican que el puente cumple con los requisitos de diseño en términos de resistencia y rigidez.

② El coeficiente de distribución transversal de carga viva calculado a partir de la deflexión medida en la Tabla 6 concuerda bien con el coeficiente de distribución transversal de carga viva calculado teóricamente, lo que indica que las propiedades mecánicas generales del puente son buenas y cumplen con los requisitos de diseño y cumplir con los requisitos de uso normal.

4.6 Conclusión de la prueba y evaluación de la capacidad de carga del puente

A juzgar por los resultados de la prueba de carga estática de certificación del puente principal del puente de la autopista Ji'an Ganjiang, el puente tiene suficiente rigidez y resistencia. para soportar la carga de diseño, la conexión transversal con la plataforma del puente es firme, la distribución transversal de la deflexión de la carga viva es consistente con el valor calculado y las propiedades mecánicas generales del puente son buenas. Por lo tanto, se puede considerar que el diseño y construcción del puente fue exitoso, logró el propósito esperado y puede ser entregado para su uso.

5. Conclusión

(1) Para puentes nuevos que requieren evaluación de la calidad de la construcción, la carga de control de la prueba de carga de evaluación es la carga de diseño de acuerdo con los requisitos de la nueva especificación; , se puede medir principalmente a través de La línea de influencia longitudinal de la fuerza interna de la sección controlada se utiliza para analizar y evaluar la capacidad de carga del puente. Si necesita evaluar la capacidad de carga de un puente existente, primero debe realizar una inspección completa del puente para determinar la enfermedad y luego determinar la carga de control para evitar que la prueba de carga cause daños al puente existente; Se realiza una prueba de carga para verificar si un vehículo pesado puede cruzar el puente, luego se debe seleccionar el método de distribución de carga para controlar la carga con el mismo efecto que el vehículo pesado.

② En vista del hecho de que la determinación de los elementos de prueba de carga estática en el método actual de mi país para identificar la capacidad de carga de puentes de carreteras antiguos se centra principalmente en los principales componentes del puente que soportan tensiones, pero no involucran los componentes secundarios que soportan esfuerzos del puente o la resistencia a esfuerzos locales y La racionalidad de calcular las características de fuerza lateral de miembros o puentes que soportan esfuerzos secundarios está directamente relacionada con la autenticidad de los resultados del cálculo. un problema clave que hace que el puente no funcione correctamente. Se recomienda aumentar el cálculo de las características de fuerza lateral del puente. Medición de la distribución de carga lateral en carreteras, edificios y puentes sobre arcos. Con el desarrollo de la construcción de puentes en mi país, muchos nuevos tipos de puentes y nuevas estructuras se utilizan ampliamente en las carreteras. Es necesario combinar el censo nacional de puentes de carreteras para agregar puentes atirantados, puentes colgantes, marcos rígidos continuos y marcos rígidos. sistemas de combinación de vigas continuas y puentes sin vigas, proyectos de pruebas de carga para nuevos tipos de puentes y estructuras, como puentes de losa, arcos atados, arcos de armadura pretensada y arcos de marco rígido.

(3) Teniendo en cuenta que en inspecciones e identificación de puentes anteriores, aunque el ancho de grieta estructural medido a menudo excedía el límite, la deformación y deflexión de la sección de control principal de la estructura medida en la prueba fueron mucho más pequeñas que Los resultados calculados, por lo que sólo por Es inapropiado utilizar un solo indicador de ancho de grieta que excede el límite para juzgar la capacidad de carga de un puente. Las restricciones de la especificación sobre el ancho de las grietas se refieren más a la perspectiva de la durabilidad. Actualmente, existen muchos factores humanos que afectan el ancho de las grietas. Por lo tanto, se recomienda utilizar múltiples indicadores como la forma de la grieta, la distribución (espaciado), la altura y el ancho y el cierre de descarga para una evaluación integral en la evaluación de la grieta.

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