大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋梁靜力試驗(yàn)研究

惠興智

（山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030032）

開(kāi)展靜力試驗(yàn)是檢測(cè)大跨度預(yù)應(yīng)力橋梁安全與否的重要方法之一，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了一些研究，主要有：文獻(xiàn)[1-2]分別對(duì)4個(gè)部分預(yù)應(yīng)力混凝土扁梁框架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行擬靜力試驗(yàn)研究，并基于試驗(yàn)重點(diǎn)分析了節(jié)點(diǎn)的變形能力和剛度退化等性能，此外，針對(duì)低周反復(fù)荷載作用下，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土框架節(jié)點(diǎn)的破壞機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)分析。文獻(xiàn)[3-4]以某地大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土V形工程為研究對(duì)象，進(jìn)行了靜載試驗(yàn)研究，并對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋靜力特性分析，最后將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)行了相互驗(yàn)證。文獻(xiàn)[5-6]針對(duì)某橋梁開(kāi)展荷載試驗(yàn)，并建立彎橋的有限元模型，重點(diǎn)分析了橋梁在設(shè)計(jì)活荷載下的靜力和動(dòng)力特性，最終對(duì)橋梁的應(yīng)變和撓度，以及頻率和振型進(jìn)行了細(xì)致分析。本文主要以某大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)為研究對(duì)象，對(duì)橋梁靜載試驗(yàn)的過(guò)程進(jìn)行了歸納總結(jié)，重點(diǎn)對(duì)橋梁主橋在控制斷面或橋跨等分點(diǎn)處撓度、橋跨控制斷面應(yīng)變（應(yīng)力）、試驗(yàn)過(guò)程中的裂縫和異?，F(xiàn)象進(jìn)行了記錄和觀測(cè)。

1 工程概況

某全橋共2聯(lián)，上部結(jié)構(gòu)為6×20 m先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)T梁+（86+160+86）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)主墩由兩片薄壁墩組成，每片薄壁墩采用矩形實(shí)心截面。

墩身上部端與箱梁0號(hào)梁段固結(jié)，下端部與承臺(tái)固結(jié)。過(guò)渡墩采用柱式墩，主墩承臺(tái)采用（14.0×14.0×5.0）m矩形承臺(tái)，主墩樁基均采用9根直徑為2.0 m樁基，過(guò)渡墩采用2根2.5 m樁基；橋臺(tái)為重力式U型橋臺(tái)，群樁基礎(chǔ)。主橋立面圖和橫斷面圖如圖1和圖2所示。

圖1 主橋立面圖（單位：m）

圖2 典型斷面圖

2 試驗(yàn)過(guò)程與方法

2.1 試驗(yàn)內(nèi)容

試驗(yàn)內(nèi)容主要包括有：a）橋梁斷面撓度監(jiān)測(cè)；b）橋梁斷面的應(yīng)變監(jiān)測(cè)；c）裂縫觀測(cè)；d）異?，F(xiàn)象觀測(cè)。

2.2 試驗(yàn)點(diǎn)布置

2.2.1 撓度測(cè)點(diǎn)布置

如圖3所示，撓度測(cè)試截面及測(cè)點(diǎn)在主橋全橋近似等分布置撓度測(cè)點(diǎn)，縱向2條測(cè)線，布置在護(hù)欄帶兩側(cè)。

圖3 主橋撓度測(cè)點(diǎn)布置（單位：m）

2.2.2 應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置

如圖4所示，共設(shè)置J1、J2、J3截面，每個(gè)截面上各布置8個(gè)測(cè)點(diǎn)，各斷面測(cè)點(diǎn)位置詳見(jiàn)圖5，其中圖中“”標(biāo)記為混凝土表面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)。

圖4 主橋應(yīng)變測(cè)試截面布置（單位：m）

圖5 各控制截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置

2.3 試驗(yàn)方法

2.3.1 試驗(yàn)荷載

本次試驗(yàn)主要依據(jù)對(duì)橋梁斷面控制截面內(nèi)力的等效法則來(lái)布置荷載。試驗(yàn)之前對(duì)加載所使用車輛進(jìn)行重量測(cè)定并編號(hào)，表1為試驗(yàn)車輛技術(shù)參數(shù)表，其中前-中軸距a均為3.80 m，中-后軸距b均為1.35 m，輪距均為1.80 m，圖6為試驗(yàn)車輛示意圖。

圖6 試驗(yàn)車輛示意圖

表1 試驗(yàn)車輛技術(shù)參數(shù)表 kN

2.3.2 試驗(yàn)荷載效率

靜力試驗(yàn)荷載按控制內(nèi)力、應(yīng)力或變位等效原則確定。依據(jù)《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》JTG/T J21-01—2015第5.4.2條靜力荷載試驗(yàn)效率ηq，對(duì)竣工驗(yàn)收荷載試驗(yàn)，宜介于0.85～1.05之間。

式中：Ss為靜力試驗(yàn)荷載下的橋梁控制截面位移或者內(nèi)力的最大計(jì)算效應(yīng)值；S為此時(shí)的最不利效應(yīng)計(jì)算值；ηq為荷載效率；μ為沖擊系數(shù)。

2.3.3 加載布置

主橋各工況試驗(yàn)車輛加載縱向布置圖見(jiàn)圖7，工況5和工況6因與工況1和工況2對(duì)稱，未列出。圖8為主橋加載試驗(yàn)車輛橫向布置圖。

圖7 主橋加載車縱向布置圖（單位：m）

圖8 主橋加載試驗(yàn)車輛橫向布置（單位：cm）

2.3.4 加載方式

本次試驗(yàn)采用分級(jí)加載的方式，卸載過(guò)程中采用緩慢有序的方式。具體的加載程序如下：第一步按照試驗(yàn)滿載的1/2～2/3進(jìn)行預(yù)加載試驗(yàn)；第二步通過(guò)對(duì)加載車輛進(jìn)行自然分級(jí)，共進(jìn)行3級(jí)加載；第三步為采用緩慢有序的方式分級(jí)卸載。

如表2所示，試驗(yàn)過(guò)程中分別進(jìn)行了中、偏載試驗(yàn)，表中羅馬數(shù)字對(duì)應(yīng)表1中的車輛編號(hào)。英文“YCS”代表應(yīng)力分級(jí)的測(cè)試；“NCS”代表?yè)隙鹊姆旨?jí)測(cè)試；“Le”代表裂縫的監(jiān)測(cè)。

表2 主橋各加載工況具體布載情況及對(duì)應(yīng)的測(cè)試項(xiàng)目

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

主要以J1和J3截面為例進(jìn)行研究分析。

3.1 主橋J1截面試驗(yàn)結(jié)果

3.1.1 撓度

偏載和中載試驗(yàn)工況下，撓度實(shí)測(cè)結(jié)果與計(jì)算滿載值的比較見(jiàn)表3～表6。表中撓度向下為正，實(shí)測(cè)撓度均為試驗(yàn)荷載作用下的撓度增量，試驗(yàn)環(huán)境為陰轉(zhuǎn)晴，試驗(yàn)溫度為20℃～23℃。

表3 J1截面工況2偏左側(cè)加載左側(cè)撓度測(cè)線

表6 J1截面工況1中載加載右側(cè)撓度測(cè)線

表4 J1截面工況2偏左側(cè)加載右側(cè)撓度測(cè)線

表5 J1截面工況1中載加載左側(cè)撓度測(cè)線

由表可知，本次試驗(yàn)中，截面J1最大實(shí)測(cè)撓度值為8.79 mm，撓度的校驗(yàn)系數(shù)η介于0.58～0.85。不同試驗(yàn)工況下監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余撓度均小于規(guī)范要求的20%，并且在卸載過(guò)程中未出現(xiàn)異常且卸載完畢后恢復(fù)原貌。綜上可知，該大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋滿足公路-I級(jí)的正常使用要求。

3.1.2 應(yīng)變

試驗(yàn)荷載下，測(cè)試截面的實(shí)測(cè)應(yīng)變及與計(jì)算應(yīng)變的比較見(jiàn)表7、表8。

表7 J1截面工況2偏左側(cè)加載實(shí)測(cè)和計(jì)算應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果

表8 J1截面工況1中載加載實(shí)測(cè)和計(jì)算應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果

表中應(yīng)變受拉為正，實(shí)測(cè)應(yīng)變均為試驗(yàn)荷載作用下的增量，測(cè)試截面混凝土設(shè)計(jì)等級(jí)為C50，彈性模量Ec=3.45×104MPa。本次試驗(yàn)環(huán)境為陰轉(zhuǎn)晴，溫度為20℃～23℃。

由表可知，本次試驗(yàn)中，截面J1最大應(yīng)變的校驗(yàn)系數(shù)介于0.44～0.73。不同試驗(yàn)工況下監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余應(yīng)變均小于規(guī)范要求的20%，并且在卸載過(guò)程中未出現(xiàn)異常且卸載完畢后恢復(fù)原貌。綜上可知，該大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋滿足公路-I級(jí)的正常使用要求。

3.1.3 裂縫觀測(cè)

本次試驗(yàn)過(guò)程中，均未發(fā)現(xiàn)裂縫。

3.2 主橋J3截面試驗(yàn)結(jié)果

由于篇幅有限，本節(jié)未列出具體的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以下給出主橋J3截面試驗(yàn)結(jié)論。

3.2.1 撓度監(jiān)測(cè)

本次試驗(yàn)中，截面J3最大實(shí)測(cè)撓度值為26.76 mm，撓度的校驗(yàn)系數(shù)η介于0.60～0.77。不同試驗(yàn)工況下監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余撓度均小于規(guī)范要求的20%，并且在卸載過(guò)程中未出現(xiàn)異常且卸載完畢后恢復(fù)原貌。綜上可知，滿足公路-I級(jí)的正常使用要求。

3.2.2 應(yīng)變監(jiān)測(cè)

本次試驗(yàn)中，截面J3最大應(yīng)變的校驗(yàn)系數(shù)介于0.46～0.65。不同試驗(yàn)工況下監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余應(yīng)變均小于規(guī)范要求的20%，并且在卸載過(guò)程中未出現(xiàn)異常且卸載完畢后恢復(fù)原貌，滿足公路-I級(jí)的正常使用要求。

3.2.3 裂縫觀測(cè)

本次試驗(yàn)過(guò)程中，均未發(fā)現(xiàn)裂縫。

4 結(jié)論

本文主要以某大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)為研究對(duì)象，對(duì)橋梁靜載試驗(yàn)的過(guò)程進(jìn)行了研究分析，得到以下結(jié)論：

a）試驗(yàn)中，截面J1和J3最大實(shí)測(cè)撓度值分別為8.79 mm和26.76 mm，撓度的校驗(yàn)系數(shù)η分別介于0.58～0.85和0.60～0.77。不同試驗(yàn)工況下監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余撓度均小于規(guī)范要求的20%，并且在卸載過(guò)程中未出現(xiàn)異常且卸載完畢后恢復(fù)原貌，即該大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋滿足公路-I級(jí)的正常使用要求。

b）試驗(yàn)中，截面J1和J3最大應(yīng)變的校驗(yàn)系數(shù)分別介于0.44～0.73和0.46～0.65。不同試驗(yàn)工況下監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余應(yīng)變均小于規(guī)范要求的20%，并且在卸載過(guò)程中未出現(xiàn)異常且卸載完畢后恢復(fù)原貌。即該大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋滿足公路-I級(jí)的正常使用要求。

c）試驗(yàn)過(guò)程中，均未發(fā)現(xiàn)裂縫，滿足表觀要求。