某預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋項目靜載試驗分析

李 澄

（貴州路橋集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

橋梁在長期服役運(yùn)營后，會因各種環(huán)境侵蝕、交通流量增加、運(yùn)輸超負(fù)荷等原因，而發(fā)生不同程度的損壞[1-4]。該文以某使用了20年的連續(xù)梁橋進(jìn)行現(xiàn)場靜載試驗，對其工作性能、實際承載力進(jìn)行分析，綜合評價此橋梁的安全性，為在役橋梁的運(yùn)行管理提供依據(jù)[5]。

1 工程概況

某服役高速公路橋梁，其上部結(jié)構(gòu)為19 m×16 m的多跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁，下部結(jié)構(gòu)形式為樁柱型橋墩。這座橋梁共有19個孔，橋面總寬度為8.75 m，橋設(shè)計荷載等級為汽車—超20級。為了對預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋的典型三跨結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，拆除原橋4~19個孔，將1~3孔保留作為試驗?zāi)繕?biāo)，而進(jìn)行三跨連續(xù)梁橋的原位靜載試驗。

2 試驗方案

該試驗方案，主要根據(jù)設(shè)計規(guī)范和原始設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)行[6]。先進(jìn)行設(shè)計荷載試驗，計算出了該橋梁在設(shè)計荷載水平為汽車—超20級、掛車—120級工況下的最大受力極限，以求出最危險截面的最大彎矩值，并將其作為設(shè)計載荷作用下的試驗載荷加載量的

控制標(biāo)準(zhǔn)[7]。之后，隨著試驗荷載的不斷增大，受拉區(qū)的混凝土開始開裂，甚至出現(xiàn)橋梁整體破壞。

2.1 測試內(nèi)容

試驗的主要內(nèi)容為主梁控制截面在試驗荷載下的變形、應(yīng)力變化，最后破壞形式等。

2.2 測試斷面及測點(diǎn)布置

主梁試驗檢測，截面布置如圖1所示：1~9號為應(yīng)變試驗截面，其中1號、2號、3號、5號、6號、7號以及9號截面，又是撓度檢測截面。

圖1 主梁繞度和應(yīng)變測試截面布置

圖2為主梁撓度測量點(diǎn)的設(shè)置。圖3為主梁應(yīng)變測量點(diǎn)的設(shè)置。1號、2號、3號、5號、6號、7號以及9號截面，按照正彎矩截面的形式，將應(yīng)變測點(diǎn)排列在截面下沿；4號、8號截面按照負(fù)彎矩截面的形式，將應(yīng)變測點(diǎn)排列在截面上沿[8]。

圖3 主梁橫截面應(yīng)變測點(diǎn)布置

2.3 試驗加載方案

針對典型三跨連續(xù)梁橋的受力特性[9]，結(jié)合試驗分析目的，最后選定了1號支座處截面和0號、1號邊跨跨中處截面，作為試驗載荷的控制截面（圖2），并進(jìn)行了分級加載試驗，共分13個階段加載，不同階段的加載量如表1所示。

表1 試驗加載量分布情況

圖2 主梁繞度測點(diǎn)示意

3 試驗結(jié)果分析

3.1 主梁撓度

在不同水平載荷下，主梁的實測撓度變形曲線如圖4所示。而在試驗?zāi)┘壿d荷下，主梁的撓度分布如圖5所示。在整個加載環(huán)節(jié)，0號~1號邊跨跨中截面的最大撓度變形為6.20 mm，1號~2號中跨跨中截面的最大撓度變形為3.50 mm。

圖4 主梁截面撓度變化曲線

由圖4和圖5可知，邊跨跨中截面是加載受力的控制截面，其撓度變形量一般比計算結(jié)果要低；中跨跨中截面是非加載受力控制截面，其撓度變形量很小。

圖5 最大試驗荷載下的主梁撓度分布

3.2 主梁應(yīng)力

在試驗荷載下，通過測量主梁邊跨中間截面、1號支座截面、中跨中間截面的應(yīng)變[10]，計算出了相應(yīng)的應(yīng)力值（見表2）。表2中正值數(shù)據(jù)為拉應(yīng)力，負(fù)值數(shù)據(jù)為壓應(yīng)力。在整個加載環(huán)節(jié)，主梁邊跨中間截面、1號支座截面、中跨中間截面的應(yīng)力最大值分別為：6.530 MPa、4.020 MPa、2.970 MPa。

由表2可知，在正常工作載荷條件下，該結(jié)構(gòu)為線性彈性應(yīng)力狀態(tài)，卸載后的變形與應(yīng)變具有較好的彈性恢復(fù)能力。通過對結(jié)構(gòu)的受力和變形的測試，驗證了該結(jié)構(gòu)在正常使用階段的受力情況，處于性能良好狀態(tài)。

表2 試驗荷載下主梁各截面測點(diǎn)處應(yīng)力值

3.3 結(jié)果對比分析

按設(shè)計數(shù)據(jù)和有關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，依據(jù)理論公式進(jìn)行計算，得出了該橋主要截面的受力控制彎矩理論值（見表3）。

表3 關(guān)鍵截面彎矩理論值計算結(jié)論

經(jīng)過試驗，在邊跨中間截面加載至2 160.0 kN，中跨中間截面加載至1 080.0 kN的情況下，邊跨中間截面下沿混凝土產(chǎn)生裂紋，其加載彎矩為6 270.08 kN.m，理論計算得出的開裂彎矩值為8 148.54 kN.m，二者之比為0.77。當(dāng)繼續(xù)加載后，各控制截面的受力和變形均會持續(xù)增加。試驗最終狀態(tài)顯示：邊跨中間截面底部出現(xiàn)了裂紋，而內(nèi)側(cè)支座截面頂部無裂紋。

4 結(jié)論

綜上，通過對某服役預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋的現(xiàn)場靜荷載試驗，以及對其主梁撓度變形、應(yīng)變等的測試分析，得出如下主要結(jié)論：

（1）在正常工作狀態(tài)下，對該橋梁結(jié)構(gòu)的撓度變形、應(yīng)力進(jìn)行了測試分析，證明了該結(jié)構(gòu)在正常使用階段，還具有較好的承載能力，并具有一定的安全儲備。

（2）當(dāng)邊跨中間截面加載至2 160.0 kN，中跨中間截面加載至1 080.0 kN時，邊跨中間截面下沿混凝土產(chǎn)生裂紋，其加載彎矩為6 270.08 kN.m，理論計算得出的開裂彎矩值為8 148.54 kN.m，二者之比為0.77。

（3）在試驗荷載分級加載下，整個加載環(huán)節(jié)，主梁最大撓度變形為0號~1號邊跨跨中截面撓度6.20 mm、1號~2號中跨跨中截面撓度3.50 mm。

（4）在試驗荷載分級加載下，整個加載環(huán)節(jié)，主梁最大應(yīng)力值為主梁邊跨中間截面應(yīng)力6.530 MPa、1號支座截面應(yīng)力4.020 MPa、中跨中間截面的應(yīng)力2.970 MPa。

通過對試驗數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)該橋主梁的預(yù)應(yīng)力損失會持續(xù)增長，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在不同程度上受到破壞，結(jié)構(gòu)的實際承載能力有所降低，但正常使用階段的工作性能良好。