預應力混凝土連續箱梁橋靜載試驗分析與研究

吳智慧

（安徽交通職業技術學院，安徽 合肥230051）

預應力混凝土連續箱梁橋是目前較為常見的一種橋梁結構，無論從外觀造型、受力狀態、結構變形、使用的舒適性和后期維修養護等方面都能夠較好的滿足當今社會對橋梁的要求，因此對于此類型橋的安全狀況檢測也變得尤為重要。橋梁荷載試驗是判定橋梁承載能力的重要手段之一，通過靜載試驗對橋梁結構在靜載作用下結構變位、應變、撓度等方面的分析與研究，結合數據得出橋梁結構的實際工作狀態和承載能力，對橋梁的安全狀況進行總體評價［1］。

1 工程概況

某預應力混凝土現澆箱梁橋，上部結構等寬段采用先簡支后連續預應力混凝土組合箱梁，變寬段即右幅第10聯采用預應力混凝土現澆箱梁。全橋共分10聯，全長129m。下部結構采用柱式墩、樁基礎，肋式橋臺、樁基礎。橋面鋪裝為10cm厚的瀝青混凝土＋10cm厚C40防水混凝土。橋梁最大縱坡2.0%，雙向橫坡均為2.0%。單幅橋面標準寬度14.00m，行車道寬12.00m，變寬段最大寬度17.00 m。設計荷載：公路Ⅰ級。

2 橋梁靜載設計

2.1 橋梁靜載試驗簡述

為充分檢驗橋梁結構的功能要求（安全性、適用性、耐久性），對該橋進行靜載試驗，通過檢測數據分析橋梁的實際工作狀態，判斷橋梁是否滿足正常使用的要求［2］。

（1）實施靜載試驗，根據相關規范的要求，判斷橋梁在不同工況下的撓度和變形等是否滿足規范要求；

（2）通過對檢測數據分析和強度理論的計算，綜合評價橋梁的承載能力情況；

（3）統計校核橋梁的基本數據，建立橋梁試驗檢測數據庫，為今后養護、觀測工作提供數據和依據；

（4）裂縫開展情況，混凝土裂縫是結構抗裂性的一個重要指標；

（5）利用橋梁專用有限元計算分析軟件MIDAS／Civil建立右幅第10聯試驗跨模型，并對其進行靜載試驗的理論分析。

2.2 試驗加載工況的設計

由空間結構分析軟件MIDAS／Civil計算得出該聯的彎矩包絡圖。根據《公路舊橋承載能力鑒定方法》和《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》的規定，并經過精確的結構分析計算確定該聯的內力控制斷面（圖1）。

經過分析，在設計荷載及試驗荷載作用下，確定5個主要內力控制截面，對應于這5個內力控制截面，確定5個靜載試驗工況（圖2）。

靜載試驗工況：

工況1：第1跨跨中附近A-A斷面最大正彎矩測試

工況2：A2＃墩墩頂B-B斷面最大負彎矩測試

圖1 設計荷載作用下試驗聯跨段彎矩My包絡圖（單位kN·m）

圖2 工況布置圖

工況3：第2跨跨中C-C斷面最大正彎矩測試工況4：A3＃墩墩頂D-D斷面最大負彎矩測試工況5：第3跨跨中附近E-E斷面最大正彎矩測試

2.3 測點布置

（1）應變（應力）測點：按照測點布設要求，測點的數量要合理，且要確保觀測質量，利用不同的測試方法對同一測點進行校對，使得測點能夠真實反映結構的應力（應變）情況。橋面板上表面也因橋面鋪裝構造而不宜布置測點。各控制斷面的測點布置（圖3）所示［3］。

圖3 各工況應變測點布置圖

為了加強對結構性能的進一步了解，在工況4中，在右幅42＃墩支點截面附近處箱梁外側腹板表面布置1組應變花，主要測量支點附近結構在中性軸附近的剪應力和主拉應力。應變花測點構造采用直角型應變花，1組直角型應變花由3支呈45°間隔分布的傳感器組成。

（2）撓度（位移）測點：根據現場具體條件和情況選擇使用精密水準儀進行橋梁各控制截面測點的撓度測量，墩臺頂支點沉降處布設沉降測點［4］。

3 靜載試驗結果分析

3.1 靜載試驗效率

本次試驗中，加載的具體位置以及施加荷載量的大小是預先設置好的，為保證試驗數據的準確性，采用靜載試驗效率進行有效控制［5］。

靜載試驗效率：ηj通常取值0.8～1.05。根據結構驗算和外觀檢查結果，結合確定的加載車輛軸載情況在橋面上標出載位。

表1 靜載試驗效率系數

從表1可以看出，試驗荷載的效率系數在正常的范圍內。

3.2 校驗系數

對于常見的預應力混凝土結構：根據有關經驗，應變校驗系數在0.6～0.9，撓度校驗系數在0.7～1.0是比較理想的。

下表為不同荷載施加作用下，結構各個截面最大應力點的實測值與分析值。

從表2可以看出，結構各主要控制斷面在試驗荷載作用下應變校驗系數大部分均在0.41～0.87范圍內，撓度校驗系數在0.77～0.97范圍內，說明該橋當前材料強度和結構剛度基本符合驗證荷載要求。

3.3 相對殘余

實測殘余變形（Sp）與實測總變形（Stot）的比值越小結構越接近彈性工作狀態，一般要求≤20%。

從表3可以看出，相對殘余變形和殘余應變在19%以下，結構在試驗荷載作用下，相對殘余應變滿足相關規定及要求，部分撓度測點略為大可能原因為該橋部分跨寬跨比較大，結構變形較復雜，混凝土不均勻性等。

表2 各工況下撓度、應變校驗系數

表3 各工況下相對殘余變形結果

3.4 撓度值

結構在最大試驗荷載作用下各控制截面豎向撓度實測值符合規范要求，小于允許值，結構能夠安全使用。

3.5 裂縫

根據相應規范，結構在加荷下產生的裂縫寬度要小于設計標準的允許值，且卸載后裂縫要收斂到允許值的1／3范圍內。而結構本身的裂縫（施工的、混凝土徐變、溫度裂縫等），施加荷載以后也不能超過標準允許寬度［6］。本次試驗中，加載前后沒有發現結構產生明顯的裂縫。

4 結語

從靜載試驗結果可見，試驗聯跨整體受力性能穩定，整體結構在試驗荷載作用下均符合受力要求；該橋當前材料強度和結構剛度基本符合驗證荷載要求；靜載試驗跨段經過各工況下的循環加卸載作用，各主要控制截面均未出現可見受力裂縫，結構產生的應變、撓度隨荷載增長線性關系良好，該橋處于較好的彈性工作狀態。綜合上述分析，該橋滿足公路-Ⅰ級汽車荷載等級的使用要求。

［1］徐岳，王亞軍，萬振江.預應力混凝土連續梁橋設計［M］.北京：人民交通出版社，2000.

［2］中交公路規劃設計研究院有限公司.公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范（JTG D62-2004）［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］趙林岑.某繞城公路（36＋2×56＋36）m連續梁動靜載試驗研究［J］.公路工程，2011，36（2）：150-152.

［4］唐峰.某連續箱梁橋靜載試驗分析［J］.公路工程，2012，37（3）：191-194.

［5］交通運輸部公路科學研究院.公路橋梁承載能力檢測評定規程（JTG／T J21-2011）［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［6］王繼民.鋼筋混凝土橋梁安全檢測及加固技術研究［D］.北京：北京工業大學（碩士學位論文），2008.