通揚運河大橋梁板試驗分析

王炳華，陳竟春

（1.江蘇三水建設工程有限公司，江蘇姜堰 225500；2.江蘇潤揚交通工程集團有限公司，江蘇揚州225000）

0 前言

通揚運河大橋位于姜堰市西環路與新通揚運河交匯處。在施工過程中，該橋25 m空心板預加應力時的上撓度實測值偏小，不符合設計要求。為了確定空心板的技術狀況，揚州大學水建學院工程測試中心于2008年3月對該橋一根25 m預應力混凝土空心板（中板）進行了靜載試驗。

1 通揚運河大橋設計

通揚運河大橋跨徑為13 m+25 m+40 m+25 m，橋梁寬度為21.0 m+2×3.0 m+2×4.5 m+2×2.0 m+2×0.3 m。設計荷載為城—A[1]，人群 4.0 kN/m2。上部結構采用預應力混凝土空心板。其中，25 m跨為后張預應力混凝土空心板，板高105 cm，板寬124 cm，計算跨徑24.3 m；以充氣膠囊成孔，膠囊外徑跨中為82 cm，端部為50 cm；板內配4束7φj15.24高強度、低松弛鋼鉸線，標準強度為1860 MPa，σk=1395 MPa。

2 預加應力時的上撓度計算

預加應力時的上撓度由空心板自重和預加應力引起的撓度迭加而成，基于文獻[2]假定，可按下式計算：

式（1）中：Ys——空心板預加應力時的上撓度；

g——空心板自重集度；

Eh———空心板的彈性模量，按文獻[3]取值；

I——空心板截面重心軸慣性矩；

L——空心板計算跨徑；

Mx——預加應力在任意截面X處引起的彎矩值；

Mx——由跨中作用單位力時在任意截面X處所產生的彎矩值；

σki——第i束（股）預應力筋的有效錨下應力；

Ayi——第i束（股）預應力筋的截面積；

fi（0）——在X=0截面處，第i束（股）預應力筋至截面重心軸的距離；

fi（L/2）——在X=L/2截面處，第i束（股）預應力筋至截面重心軸的距離；

n——預應力筋的束（股）數。

經計算，25 m后張預應力混凝土空心板（中板）預加應力時的上撓度計算值為8.5 mm，計算參數見表1。

表1 空心板預加應力時的上撓度計算表

3 靜載試驗

橋梁靜載試驗是測量橋梁結構在靜載試驗荷載作用下的內力和變形。它是了解結構實際性能（剛度、強度等）最直接有效的辦法。

3.1 試驗荷載確定

空心板試驗荷載由恒載（空心板承受的橋面混凝土重量）和活載（空心板與橋面混凝土形成的組合截面共同承受的最不利車輛荷載）兩部分組成，即

式（2）中：q——空心板試驗荷載集度；

q1——空心板承受的橋面混凝土重量集度；

q2——空心板與橋面混凝土形成的組合截面共同承受的最不利車輛荷載集度；

φ——空心板承受最不利車輛荷載時的折減系數，系空心板截面剛度與組合截面剛度之比。

以空心板跨中截面彎矩的最不利值所對應的荷載作為控制荷載，可計算得該空心板的試驗荷載為q=12.76 kN/m。

3.2 加載工況及測點布置

試驗荷載采用砂袋堆載，分兩級加載。工況一和工況二加載分別為跨中最大彎矩的58.1%、100%。靜載試驗效率η=1.1。簡支梁的跨中截面和四分點截面系控制截面。對控制截面布置應變測點和撓度測點。對臨時支墩布置沉降測點。應變測量采用混凝土應變片，撓度及支墩沉降測量采用位移計（應變、撓度及支墩位移測點布置圖略）。

3.3 試驗結果分析

3.3.1 應變

應變實測值與計算值比較見表2，應變平均校驗系數η=0.85，平均相對殘余應變S′p=10.5%。結果表明預應力混凝土空心板基本處于彈性工作狀況[4]。

表2 應變實測值與計算值比較表

3.3.2 撓度

撓度實測值與計算值比較見表3，撓度平均校驗系數η=0.73，平均相對殘余撓度S′p=13.9%；撓度實測值與計算值關系見圖1。結果表明該預應力混凝土空心板處于良好的彈性工作狀態[5]。

表3 跨中撓度實測值與計算值比較表

4 結論

（1）本次進行靜載試驗的一根25 m后張預應力混凝土空心板（中板）基本經過了城—A荷載標準的內力考驗，靜載試驗效率η=1.1；各控制截面的應變和撓度平均校驗系數η＜1.0，平均相對殘余應變和撓度S′p＜20.0%；試驗過程中空心板未見裂縫；撓度實測值與計算值關系呈線性關系，撓度縱向分布圖基本對稱（見圖2）。結果表明，試驗板處于良好的彈性工作狀態。該橋建成后，其25 m后張預應力混凝土空心板能滿足城—A荷載標準的承載力要求。

（2）試驗荷載與撓度實測值關系呈線性關系(見圖3)，即撓度與荷載成正比例關系。據此可計算得到試驗空心板的實際剛度為1.39 EhI，若以此剛度值代入公式(1)，則得空心板預加應力時的上撓度計算值Ys=6.0 mm，此值與施工現場的實測值Ys=4.0～6.0 mm接近。說明空心板預加應力時的上撓度實測值偏小的原因可能是其實際剛度大于計算剛度。

（3）考慮施工過程中空心板預加應力時的上撓度實測值偏小的原因較多，如預應力筋與管道間摩擦引起的應力損失實際值大于計算值、預應力筋錨下控制應力小于設計值等。因此，從偏安全考慮，建議：a.空心板與橋面鋪裝新老混凝土必須粘結可靠，以保證其形成組合截面而共同受力，承受車輛荷載作用；b.鉸縫混凝土必須飽滿并密實，以確保其發揮“鉸”的橫向分配荷載之作用；c.在橋面鋪裝層內增設橫向鋼筋，以加強其整體性。

[1]CJJ 77-98，城市橋梁設計荷載標準[S].

[2]許燕，楊飛，肖鵬，張磊.預應力混凝土預制梁的溫度影響[J].中南公路工程，2002，（3）：48-50，54.

[3]JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

[4]胡大琳.橋涵工程試驗檢測技術[M].北京：人民交通出版社，2000.