大跨度連續梁橋靜載試驗及承載能力評價

摘要：以某新建大跨度連續梁橋的靜載試驗為例，通過對橋梁結構進行加載模擬分析，確定加載等級和加載方式。對靜力應力、靜力變形及動荷載響應結果進行分析，闡述了基于荷載試驗評定大跨度連續梁橋安全性的方法。為靜載試驗評定大跨度連續梁橋的安全性提供了有價值的參考。

關鍵詞：大跨度連續梁橋；荷載試驗；承載能力評價

前言

近年來，隨著國民經濟的飛速發展，我國的交通事業得到了很大的提高，越來越多的大跨度橋梁得以修建，橋梁的安全問題引起了人們越來越多的關注[1]。為了確保橋梁的質量、安全和耐久性，最直接有效的辦法是荷載試驗[2]。橋梁靜動載試驗主要用于測定橋梁特定位置在靜動荷載作用下的應力、應變和變形，從而確定橋梁的實際工作狀態是否與設計期望值相符[3-4]。這種試驗方法得到了技術人員的廣泛認可。本文敘述了某城市大跨度連續梁橋的荷載試驗，并對結構的安全性能進行了分析。

一、工程概況

大橋全長511.74m，共分為三聯，其中第一、三聯上部結構均采用3×30的預應力混凝土等截面連續箱梁，第二聯（主橋）上部結構采用預應力混凝土變截面連續箱梁橋，每幅主梁為單箱單室箱梁，跨徑組成為89+145+89m。主橋箱梁頂寬1675cm，底寬875cm，懸臂寬400cm；支點處箱梁中心高度800cm，底板厚度160cm；跨中梁高300cm，底板厚度32cm。設計荷載：公路-Ⅰ級；橋面總寬35.5m；橋面橫坡：行車道雙向2.0%，人行道單向1%。

二載試驗

為確定主梁結構在移動荷載效應下的最不利截面位置，采用橋梁博士和midas/civil軟件對主梁結構進行離散分析及復核計算，均采用梁單元，共劃分106個單元、107個節點。計算模型見圖1。

圖1 midas/civil結構計算模型示意圖

圖3荷載試驗截面應變測點布置示意圖

（一）試驗荷載及工況選擇。根據主橋活載（含沖擊的汽車+人群）作用下彎矩包絡圖，結合計算結果及經濟合理的原則，該橋靜載試驗選定如圖2所示A～D共4個截面進行。試驗工況測試內容及車輛布置數見表1。

圖2試驗截面示意圖（單位：cm）

表1試驗工況效率及測試內容一覽表

注：截面下緣受拉為正，受壓為負，S活為活載作用下控制截面彎矩值，單位kN.m；Ss為試驗荷載作用下控制截面彎矩值，單位kN.m；η為荷載效率；μ為沖擊系數。

（二）測點布置。應變測點：應變測試截面為圖2中的A～D截面，各截面如圖3所示布置5個縱橋向應變傳感器。位移測點：如圖4所示。共布置9個位移測點。

圖4撓度測點縱向布置示意圖（單位：cm）

（三）車輛加載。為了加載安全和了解結構應變和變位隨試驗荷載增加的變化關系，采用方便加卸的載重車分級進行加載。本橋試驗采用的加載車前軸重7噸，后軸重28噸。

（四）靜載試驗結果分析

1、應變結果分析

表2 各工況應變測試結果

試驗工況下各試驗截面應變結果（表2）表明：

（1）靜力荷載作用下，主梁控制截面應變校驗系數在0.62～0.83之間，說明各試驗截面材料強度滿足設計要求；（2）靜載荷載作用下，主梁控制截面相對殘余應變均小于20%，說明各試驗截面處于彈性變形變形范圍內。

2、撓度結果分析

表3各試驗工況主梁撓度測量結果

注：表中實測撓度值已扣除支點沉降變形產生的影響。

試驗工況下各試驗截面撓度結果（表3）表明：

（1）靜力荷載作用下，主梁控制截面撓度校驗系數在0.52～0.65之間，說明各試驗截面剛度滿足設計要求；（2）靜載荷載作用下，主梁控制截面相對殘余撓度均小于20%，說明各試驗跨處于彈性變形變形范圍內。

三、結論與建議

（一）在試驗荷載作用下，大橋試驗跨測試截面的應變和撓度均在合理范圍內，結構動力性能良好，橋梁承載能力滿足設計活載標準（公路-I級）的要求；

（二）靜載試驗是新建大跨度梁橋竣工驗收的重要手段，也是檢測和評定大跨度梁橋安全性最直接、有效的一種方法。

（三）建議今后按照現行相關規范及文件的要求，做好橋梁日常養護管理工作。加強運營階段的結構健康監測，嚴格限制超載，確保大橋的安全性和耐久性；

參考文獻：

[1]曾彥.基于靜載試驗的橋梁結構性能評價[J].華北水利水電學院學報，2013，34（4）：65-68.

[2]姚響宇，張賢才，雷旺龍.基于靜載試驗的橋梁檢測及安全性評價[J].湖南工程學院學報，2012，22（1）：81-83.

[3] 王世杰.大型橋梁靜載試驗中的測量技術及運用[J].蘭州交通大學學報，2004，23（3）：117-120.

[4] 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范JTGD62[S].2004