預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋靜載試驗分析與研究

吳智慧

（安徽交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥230051）

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋是目前較為常見的一種橋梁結(jié)構(gòu)，無論從外觀造型、受力狀態(tài)、結(jié)構(gòu)變形、使用的舒適性和后期維修養(yǎng)護(hù)等方面都能夠較好的滿足當(dāng)今社會對橋梁的要求，因此對于此類型橋的安全狀況檢測也變得尤為重要。橋梁荷載試驗是判定橋梁承載能力的重要手段之一，通過靜載試驗對橋梁結(jié)構(gòu)在靜載作用下結(jié)構(gòu)變位、應(yīng)變、撓度等方面的分析與研究，結(jié)合數(shù)據(jù)得出橋梁結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)和承載能力，對橋梁的安全狀況進(jìn)行總體評價［1］。

1 工程概況

某預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁橋，上部結(jié)構(gòu)等寬段采用先簡支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁，變寬段即右幅第10聯(lián)采用預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁。全橋共分10聯(lián)，全長129m。下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩、樁基礎(chǔ)，肋式橋臺、樁基礎(chǔ)。橋面鋪裝為10cm厚的瀝青混凝土＋10cm厚C40防水混凝土。橋梁最大縱坡2.0%，雙向橫坡均為2.0%。單幅橋面標(biāo)準(zhǔn)寬度14.00m，行車道寬12.00m，變寬段最大寬度17.00 m。設(shè)計荷載：公路Ⅰ級。

2 橋梁靜載設(shè)計

2.1 橋梁靜載試驗簡述

為充分檢驗橋梁結(jié)構(gòu)的功能要求（安全性、適用性、耐久性），對該橋進(jìn)行靜載試驗，通過檢測數(shù)據(jù)分析橋梁的實際工作狀態(tài)，判斷橋梁是否滿足正常使用的要求［2］。

（1）實施靜載試驗，根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求，判斷橋梁在不同工況下的撓度和變形等是否滿足規(guī)范要求；

（2）通過對檢測數(shù)據(jù)分析和強(qiáng)度理論的計算，綜合評價橋梁的承載能力情況；

（3）統(tǒng)計校核橋梁的基本數(shù)據(jù)，建立橋梁試驗檢測數(shù)據(jù)庫，為今后養(yǎng)護(hù)、觀測工作提供數(shù)據(jù)和依據(jù)；

（4）裂縫開展情況，混凝土裂縫是結(jié)構(gòu)抗裂性的一個重要指標(biāo)；

（5）利用橋梁專用有限元計算分析軟件MIDAS／Civil建立右幅第10聯(lián)試驗跨模型，并對其進(jìn)行靜載試驗的理論分析。

2.2 試驗加載工況的設(shè)計

由空間結(jié)構(gòu)分析軟件MIDAS／Civil計算得出該聯(lián)的彎矩包絡(luò)圖。根據(jù)《公路舊橋承載能力鑒定方法》和《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》的規(guī)定，并經(jīng)過精確的結(jié)構(gòu)分析計算確定該聯(lián)的內(nèi)力控制斷面（圖1）。

經(jīng)過分析，在設(shè)計荷載及試驗荷載作用下，確定5個主要內(nèi)力控制截面，對應(yīng)于這5個內(nèi)力控制截面，確定5個靜載試驗工況（圖2）。

靜載試驗工況：

工況1：第1跨跨中附近A-A斷面最大正彎矩測試

工況2：A2＃墩墩頂B-B斷面最大負(fù)彎矩測試

圖1 設(shè)計荷載作用下試驗聯(lián)跨段彎矩My包絡(luò)圖（單位kN·m）

圖2 工況布置圖

工況3：第2跨跨中C-C斷面最大正彎矩測試工況4：A3＃墩墩頂D-D斷面最大負(fù)彎矩測試工況5：第3跨跨中附近E-E斷面最大正彎矩測試

2.3 測點布置

（1）應(yīng)變（應(yīng)力）測點：按照測點布設(shè)要求，測點的數(shù)量要合理，且要確保觀測質(zhì)量，利用不同的測試方法對同一測點進(jìn)行校對，使得測點能夠真實反映結(jié)構(gòu)的應(yīng)力（應(yīng)變）情況。橋面板上表面也因橋面鋪裝構(gòu)造而不宜布置測點。各控制斷面的測點布置（圖3）所示［3］。

圖3 各工況應(yīng)變測點布置圖

為了加強(qiáng)對結(jié)構(gòu)性能的進(jìn)一步了解，在工況4中，在右幅42＃墩支點截面附近處箱梁外側(cè)腹板表面布置1組應(yīng)變花，主要測量支點附近結(jié)構(gòu)在中性軸附近的剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力。應(yīng)變花測點構(gòu)造采用直角型應(yīng)變花，1組直角型應(yīng)變花由3支呈45°間隔分布的傳感器組成。

（2）撓度（位移）測點：根據(jù)現(xiàn)場具體條件和情況選擇使用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行橋梁各控制截面測點的撓度測量，墩臺頂支點沉降處布設(shè)沉降測點［4］。

3 靜載試驗結(jié)果分析

3.1 靜載試驗效率

本次試驗中，加載的具體位置以及施加荷載量的大小是預(yù)先設(shè)置好的，為保證試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，采用靜載試驗效率進(jìn)行有效控制［5］。

靜載試驗效率：ηj通常取值0.8～1.05。根據(jù)結(jié)構(gòu)驗算和外觀檢查結(jié)果，結(jié)合確定的加載車輛軸載情況在橋面上標(biāo)出載位。

表1 靜載試驗效率系數(shù)

從表1可以看出，試驗荷載的效率系數(shù)在正常的范圍內(nèi)。

3.2 校驗系數(shù)

對于常見的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)：根據(jù)有關(guān)經(jīng)驗，應(yīng)變校驗系數(shù)在0.6～0.9，撓度校驗系數(shù)在0.7～1.0是比較理想的。

下表為不同荷載施加作用下，結(jié)構(gòu)各個截面最大應(yīng)力點的實測值與分析值。

從表2可以看出，結(jié)構(gòu)各主要控制斷面在試驗荷載作用下應(yīng)變校驗系數(shù)大部分均在0.41～0.87范圍內(nèi)，撓度校驗系數(shù)在0.77～0.97范圍內(nèi)，說明該橋當(dāng)前材料強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)剛度基本符合驗證荷載要求。

3.3 相對殘余

實測殘余變形（Sp）與實測總變形（Stot）的比值越小結(jié)構(gòu)越接近彈性工作狀態(tài)，一般要求≤20%。

從表3可以看出，相對殘余變形和殘余應(yīng)變在19%以下，結(jié)構(gòu)在試驗荷載作用下，相對殘余應(yīng)變滿足相關(guān)規(guī)定及要求，部分撓度測點略為大可能原因為該橋部分跨寬跨比較大，結(jié)構(gòu)變形較復(fù)雜，混凝土不均勻性等。

表2 各工況下?lián)隙?、?yīng)變校驗系數(shù)

表3 各工況下相對殘余變形結(jié)果

3.4 撓度值

結(jié)構(gòu)在最大試驗荷載作用下各控制截面豎向撓度實測值符合規(guī)范要求，小于允許值，結(jié)構(gòu)能夠安全使用。

3.5 裂縫

根據(jù)相應(yīng)規(guī)范，結(jié)構(gòu)在加荷下產(chǎn)生的裂縫寬度要小于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的允許值，且卸載后裂縫要收斂到允許值的1／3范圍內(nèi)。而結(jié)構(gòu)本身的裂縫（施工的、混凝土徐變、溫度裂縫等），施加荷載以后也不能超過標(biāo)準(zhǔn)允許寬度［6］。本次試驗中，加載前后沒有發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯的裂縫。

4 結(jié)語

從靜載試驗結(jié)果可見，試驗聯(lián)跨整體受力性能穩(wěn)定，整體結(jié)構(gòu)在試驗荷載作用下均符合受力要求；該橋當(dāng)前材料強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)剛度基本符合驗證荷載要求；靜載試驗跨段經(jīng)過各工況下的循環(huán)加卸載作用，各主要控制截面均未出現(xiàn)可見受力裂縫，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)變、撓度隨荷載增長線性關(guān)系良好，該橋處于較好的彈性工作狀態(tài)。綜合上述分析，該橋滿足公路-Ⅰ級汽車荷載等級的使用要求。

［1］徐岳，王亞軍，萬振江.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計［M］.北京：人民交通出版社，2000.

［2］中交公路規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司.公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG D62-2004）［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］趙林岑.某繞城公路（36＋2×56＋36）m連續(xù)梁動靜載試驗研究［J］.公路工程，2011，36（2）：150-152.

［4］唐峰.某連續(xù)箱梁橋靜載試驗分析［J］.公路工程，2012，37（3）：191-194.

［5］交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院.公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程（JTG／T J21-2011）［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［6］王繼民.鋼筋混凝土橋梁安全檢測及加固技術(shù)研究［D］.北京：北京工業(yè)大學(xué)（碩士學(xué)位論文），2008.