波形鋼腹板PC 箱梁靜載試驗及分析

江西省通途路橋工程有限公司，江西 南昌

波形鋼腹板PC 箱梁為上世紀所發(fā)展的一種新型組合結構，即把原箱梁的混凝土腹板使用波形鋼腹板代替。與PC 箱梁相比具有以下優(yōu)點：①鋼腹板為起伏的波浪形，使其抗剪壓屈強度較大。②通常腹板部分的鋼材重量比傳統混凝土腹板減輕了重量。因此在進行懸臂施工時，可以增大每一塊段的長度，縮短施工周期。

1 工程概況

該橋上部結構：69m+4×120m+69m波形鋼腹板PC連續(xù)箱梁；下部結構：橋墩為重力式實體墩，基礎為鉆孔灌注樁基礎。技術標準：設計荷載等級：公路一級。

橋梁立面圖橫斷面圖如圖所示：

圖1 橋梁立面圖（單位：cm）

圖2 波形鋼腹板PC 梁橫截面圖（單位：cm）

2 MidasCivil 模型計算

2.1 Midas Civil 模型

根據設計圖紙，對本橋進行建模，分析其在公路一級荷載作用下，計算橋梁的受力狀況，并以此為依據確定實驗所選試驗截面［1］，梁截面采用MidasCivil 里面的設計截面直接輸入，梁端支座采用滑動鉸支座來進行模擬，橋梁的結構二期荷載按照設計要求施加［2］，橋梁MidasCivil 模型圖下圖所示：

圖3 橋梁MidasCivil 模型（單位：cm）

2.2 計算結果及分析

試驗中，選取的控制截面參考相關荷載試驗規(guī)范規(guī)定，選取橋梁受力最不利的截面。本橋采用Midas Civil進行建模計算，計算荷載等級采用公路一級，并根據等效荷載效應選擇試驗車輛。

本次試驗選取J1、J3、J2 截面為控制截面，分別代表邊跨最大正彎矩、支座最大負彎矩、中跨最大正彎矩，測試截面位置示意圖見圖所示。

圖4 移動荷載彎矩圖

圖5 靜載試驗控制截面位置圖（mm）

3 檢測目的

荷載試驗主要測量橋跨結構內力與變形，從而對橋梁的承載力和工作特性進行評定。結構在自重、汽車或人群作用下，把控制斷面應力和撓度與理論計算值進行對比分析，判定其是否滿足規(guī)范設計要求，為橋梁的后期運營及養(yǎng)護提供技術支持。

4 靜載試驗

4.1 靜載試驗測點布置

4.1.1 應變測點布置

梁及其他構件均按照從左到右（面向橋臺號增加方向）依次編號。應變測點布置在控制截面箱梁底板和內部，從左到右編號為J1-1～J1-17、G1-1～G1-12、J2-1～J2-17、G2-1～G2-12、J3-1～J3-11、G3-1～G3-12，混凝土應變測點共57 個（其中J3截面腹板為混凝土結構，G3-1～G3-12 為混凝土應變片），鋼筋應變測點共24 個，測量結構應變。J2、截面應變布置同J1 截面。

梁及其他構件均按照從左到右（面向橋臺號增加方向）依次編號。撓度測點布置在控制截面梁體底面，每個截面3 個測點，從左到右編號為L1-1～L1-3、L2-1～L2-3，共計6 個位移測點。

4.2 加載方案設計

4.2.1 試驗荷載確定

根據相關規(guī)范規(guī)定，將公路一級汽車荷載（含汽車沖擊力）計算作為設計控制值。為達到試驗效果，以汽車荷載產生效應與設計控制值作比較，并采用荷載效率進行控制，加載效率控制為0.85～1.05 之間。

4.3 靜載試驗數據分析

4.3.1 結構彈性性能分析

本橋為波形鋼腹板連續(xù)梁，根據對荷載試驗數據的分析，判定橋梁的彈性性能。根據彈性理論及平截面假定，彎矩與應變、彎矩與撓度存在線性比例關系，因此通過彎矩與應變、彎矩與撓度的關系曲線可以判明橋梁是否處于彈性工作狀態(tài)［3］。

4.3.1.1 跨中彎矩—應變關系

針對該橋分析J1、J2、J3 控制截面各工況在分級加載時彎矩與混凝土的應變關系，選擇應變最大測點，其結果對比見表所示，其關系曲線圖見圖所示。

表1 工況一J1-1 測點彎矩-混凝土應變關系表

圖6 工況一J1-1 測點彎矩-應變關系曲線

表2 工況二J2-1 測點彎矩-混凝土應變關系表

圖7 工況二J2-1 測點彎矩-應變關系曲線

表3 工況三J3-1 測點彎矩-混凝土應變關系表

圖8 工況三J3-1 測點彎矩-應變關系曲線

通過上圖和表可得出，試驗車輛對跨中截面產生的彎矩效應與實測混凝土應變的關系曲線基本呈線性，表明橋梁處于較好的彈性工作狀態(tài)。

4.3.1.2 跨中彎矩—撓度關系

針對該橋分析J1、J2 控制截面在各工況下分級加載時跨中彎矩與撓度的關系，其結果對比見表所示，其關系曲線見圖所示。

表4 工況一L1-1 測點彎矩-撓度關系表

圖9 工況一 L1-1 測點彎矩-撓度關系曲線

表5 工況三L2-1 測點彎矩-撓度關系表

圖10 工況三1#梁L2-1 測點彎矩-撓度關系曲線

通過上圖和表可得出，試驗加載車對跨中截面產生的彎矩與實測撓度的關系曲線基本呈線性，表明橋梁處于較好的彈性工作狀態(tài)。

4.3.2 剛度性能分析

根據第四聯布置的輔助撓度測試斷面，可繪制出邊跨與中跨在偏載工況下的實測縱向撓度曲線與理論縱向撓度曲線對比圖，其結果對比曲線如圖和表所示。

表6 偏載工況下的撓度對比表

圖11 工況一偏載下撓度曲線對比圖

（2）特征值合格法。大部分省市及監(jiān)督巡查均采用特征值計算構件（測區(qū)）合格率，該方法優(yōu)點是能夠綜合考慮各測點值的離散情況，按統計分析的方法來判定鋼筋保護層厚度對結構鋼筋耐久性的影響，有據可依，缺點是計算繁瑣。對于批量構件，構件合格率=合格構件數/總構件數；對于單個構件，可以采取兩種方法進行評定：①根據各測點保護層厚度，計算全部保護層測點平均值、標準差、特征值，然后根據特征值是否在范圍內，判定該構件是否合格。②將構件分為若干測區(qū)，每個測區(qū)布置若干測點（測點不宜過少，一般不小于10 個）按第一種方法，每個測區(qū)分別計算測區(qū)特征值，首先判定各測區(qū)是否合格，然后計算構件合格率，該構件合格率=合格測區(qū)數/總測區(qū)數；根據《公路水運建設工程質量安全督查辦法的通知》交安監(jiān)發(fā)〔2016〕86 號［4］，采用電磁方法檢測，按統計方法評定，特征值與設計值比值介于0.9～1.3 的為合格，但應注意電磁法不適用含鐵磁性物質的混凝土保護層厚度檢測，對結果有爭議時可用破損法驗證。

4 結束語

目前公路工程暫無針對鋼筋保護層厚度檢測結果的判定標準，特征值法運用數理統計方法，將反映測點離散程度的標準差引入計算，結果更有代表性，能真實反映實體保護層質量水平，避免了不同規(guī)范允許偏差取值的困擾，合理界定特征值的合格評定范圍后，值得推廣應用。

工程中無論運用何種評定方法，施工方都應在施工過程中嚴格按照設計值來控制保護層厚度，同時努力提高混凝土澆筑密實性，切實保障結構鋼筋混凝土的耐久性能。