預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋荷載試驗(yàn)分析

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摘要：本文介紹了某預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋的荷載試驗(yàn)。通過對(duì)該橋梁檢測(cè)結(jié)果的評(píng)價(jià)和分析，了解了此橋梁結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下的工作狀態(tài)和受力性能，檢驗(yàn)了其結(jié)構(gòu)承載能力，得出相關(guān)結(jié)論，可為類似橋梁的荷載試驗(yàn)提供參考。

關(guān)鍵詞：混凝土箱梁橋；靜載試驗(yàn)；動(dòng)載試驗(yàn)

1 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋變形小、抗扭剛度大、整體性好、便于養(yǎng)護(hù)、抗震能力強(qiáng)，整個(gè)橋梁外型簡(jiǎn)潔優(yōu)美，線條流暢，橋面接縫少。箱梁頂板和底板都具有較大的面積，能有效地抵抗彎矩，受力合理，便于布置管線。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋因具有以上的優(yōu)點(diǎn)而在橋梁結(jié)構(gòu)特別是在城市立交橋和大跨度橋梁中得到廣泛應(yīng)用。

2荷載試驗(yàn)?zāi)康募耙罁?jù)

橋梁結(jié)構(gòu)驗(yàn)收荷載試驗(yàn)是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)進(jìn)行直接測(cè)試的一種鑒定手段。通過橋梁結(jié)構(gòu)驗(yàn)收荷載試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)構(gòu)控制截面的靜應(yīng)變、靜撓度、變形增量等試驗(yàn)參數(shù)，可以判斷橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)和受力性能，評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和在設(shè)計(jì)荷載作用下的工作性能，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)承載能力是否達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)條件與施工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定，為竣工驗(yàn)收提供依據(jù)，并為橋梁的日常運(yùn)營(yíng)、養(yǎng)護(hù)積累科學(xué)技術(shù)資料。

本荷載試驗(yàn)主要參照該橋梁工程施工圖設(shè)計(jì)資料；交通部《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》；《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 023-85）；《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 041-2000）；《城市橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》CJJ77-98。

3 工程概述

某試驗(yàn)橋梁為5×25m跨徑布置的等截面C40現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋。主梁截面為單箱三室，梁高1.608m，采用橫向、縱向雙向預(yù)應(yīng)力。橋?qū)?5.6米，大懸臂達(dá)4.85米，

7.5cm瀝青砼橋面鋪裝。

下部為C25混凝土人工挖孔灌注樁基礎(chǔ)，C30雙柱式方柱墩身（180cm×180cm）。

設(shè)計(jì)荷載：汽超—20級(jí)，掛車—120。

4 靜載試驗(yàn)

4.1 靜載試驗(yàn)荷載效率

根據(jù)汽超—20級(jí)，掛—120的設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)，采用等效荷載的原則，在所測(cè)試斷面的內(nèi)力影響線上，按最不利位置，根據(jù)實(shí)際加載車輛軸重，軸距等參數(shù)進(jìn)行布載，依據(jù)《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》[1]中的建議，驗(yàn)收試驗(yàn)荷載的靜載試驗(yàn)荷載效率確定為：1.05≥η≥0.8。

橋面全寬為25.600米，雙向6車道。在荷載試驗(yàn)理論分析時(shí)，按設(shè)計(jì)荷載計(jì)算理論活載內(nèi)力，并進(jìn)行加載試驗(yàn)配車。設(shè)計(jì)荷載采用的是車隊(duì)荷載，以標(biāo)準(zhǔn)的一輛重車和多輛主車進(jìn)行加載。實(shí)際試驗(yàn)車采用的城市B級(jí)車輛荷載的重車（前軸重6噸，中后軸重24噸）加載，考慮到橋面通行設(shè)計(jì)為6車道行車，經(jīng)過理論計(jì)算確定，采用4車道布載，使主梁內(nèi)力和變形等相關(guān)參數(shù)的響應(yīng)值均在荷載效率系數(shù)允許范圍內(nèi)。

4.2 靜載試驗(yàn)加載車輛

本次試驗(yàn)荷載選用6輛相當(dāng)于城市B級(jí)車輛荷載中重車的30T自卸車，其主要技術(shù)指標(biāo)為：前軸距為3.6m，后軸距為1.2m；前輪距為1.8m，后輪距為1.83m。

4.3 試驗(yàn)測(cè)試儀器、設(shè)備

主梁撓度測(cè)量采用NA2精密水準(zhǔn)儀和百分表測(cè)量；應(yīng)變測(cè)試采用電阻應(yīng)變測(cè)試儀。

4.4 靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析方法

通過數(shù)據(jù)分析比較實(shí)測(cè)撓度與理論值的符合程度，因?yàn)閾隙却笮》从沉私Y(jié)構(gòu)的剛度，一般實(shí)際結(jié)構(gòu)的剛度大于理論計(jì)算所采用的剛度，故實(shí)測(cè)撓度偏小一點(diǎn)是正常的。《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》[1]對(duì)于此類型橋梁要求實(shí)測(cè)值與理論值之比在0.7至1.0之間。撓度的殘余量是評(píng)判結(jié)構(gòu)殘余變形的指標(biāo)，《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》[1]要求試驗(yàn)效率最大部位的結(jié)果比值不大于0.20（α1）。此值計(jì)算方法為：

其中，s p為實(shí)測(cè)的殘余變形，s tot為量測(cè)的總變形量。

關(guān)鍵截面的應(yīng)變反映了截面內(nèi)力情況，通常情況下實(shí)測(cè)應(yīng)變偏小一點(diǎn)是正常的。應(yīng)變實(shí)測(cè)值與理論值的比值和殘余量也可以類似撓度一樣分析。

4.5 測(cè)試內(nèi)容及加載工況

各試驗(yàn)工況下的測(cè)試內(nèi)容主要包括：主梁控制點(diǎn)撓度測(cè)量，跨中和支座截面的應(yīng)變測(cè)試。由于試驗(yàn)橋梁已經(jīng)建成試通車，二期恒載已上橋，為避免影響橋梁使用，撓度及應(yīng)變測(cè)點(diǎn)均布置在箱梁的底部，詳細(xì)布置見圖4-5-1、4-5-2。

4.6 實(shí)測(cè)及計(jì)算結(jié)果

其實(shí)測(cè)結(jié)果與理論值比較如下表4-6-1、4-6-2所示。

在中跨偏載試驗(yàn)荷載下各測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)撓度與理論撓度橫向分布曲線圖如圖4-6-1所示，實(shí)測(cè)應(yīng)變與理論應(yīng)變橫向分布曲線圖如圖4-6-2所示。

5 動(dòng)載試驗(yàn)

動(dòng)力荷載試驗(yàn)選定靜載試驗(yàn)內(nèi)力較大的中跨跨中截面進(jìn)行動(dòng)載試驗(yàn)，選擇城市B級(jí)車輛荷載中30T重的試驗(yàn)車。

5.1 動(dòng)載試驗(yàn)內(nèi)容和試驗(yàn)工況

5.1.1 無(wú)障礙行車試驗(yàn)

橋面無(wú)任何障礙的情況下，采用一輛試驗(yàn)車以20km/h、30km/h、40km/h的速度駛過試驗(yàn)橋跨，測(cè)定橋跨結(jié)構(gòu)在運(yùn)行車輛荷載的作用下的動(dòng)力反應(yīng)，根據(jù)橋梁振動(dòng)的最大應(yīng)力幅值求出不同車速下橋跨的動(dòng)態(tài)應(yīng)變?cè)隽肯禂?shù)。

5.1.2 剎車試驗(yàn)

一輛試驗(yàn)車以30km/h的速度在中跨中線截面進(jìn)行緊急剎車，測(cè)定主梁相應(yīng)截面的動(dòng)應(yīng)變及增量，以判斷橋梁在緊急制動(dòng)時(shí)的動(dòng)力系數(shù)。

5.2 動(dòng)載試驗(yàn)的測(cè)點(diǎn)布置

無(wú)障礙行車試驗(yàn)與剎車試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置斷面見圖4-5-1中跨中斷面，橫截面應(yīng)變片布置如圖4-5-2所示。

5.3 動(dòng)載試驗(yàn)儀器

采用動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變測(cè)試儀和10通道數(shù)字動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀。

5.4 實(shí)測(cè)及計(jì)算結(jié)果

主橋中跨動(dòng)載試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如表5-4-1、5-4-2所示。

6 分析及結(jié)論

（1）靜載試驗(yàn)工況包括中載和偏載試驗(yàn)，荷載效率系數(shù)控制在0.8～1.05之間，滿足《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》[1]（以下簡(jiǎn)稱《試驗(yàn)方法》）中有關(guān)條文的規(guī)定。

（2）在各靜載試驗(yàn)工況下，實(shí)測(cè)主梁撓度、應(yīng)變與理論計(jì)算值吻合良好。主梁撓度和應(yīng)變的實(shí)測(cè)值與理論值之比均在0.7～1.0之間，殘余值與實(shí)測(cè)值之比也小于0.2，一般在0.1以內(nèi)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)處于良好的彈性狀態(tài)，關(guān)鍵截面受力狀況良好。

（3）各加載試驗(yàn)工況加載步的試驗(yàn)均值與理論均值比值基本保持相同，說(shuō)明各加載步下結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度保持不變，結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)。

（4）測(cè)到的結(jié)構(gòu)最大變位以及關(guān)鍵截面應(yīng)變的總值均未超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的容許值。

（5）從圖4-6-1和4-6-2中可以看出：實(shí)際橫向分布與理論橫向分布在分布規(guī)律上吻合較好，且實(shí)際橫向分布線性規(guī)律明顯，說(shuō)明箱梁受力合理，整體性好。

（6）動(dòng)載試驗(yàn)表明：試驗(yàn)實(shí)測(cè)的無(wú)障礙行車最大動(dòng)力系數(shù)為1.141，剎車最大動(dòng)力系數(shù)為1.153，均小于車輛荷載的設(shè)計(jì)沖擊系數(shù)[2]1.245和車道荷載的設(shè)計(jì)沖擊系數(shù)[2]1.190。根據(jù)以上結(jié)果可認(rèn)為主橋中跨實(shí)測(cè)的動(dòng)力系數(shù)在合理范圍之內(nèi)，取用設(shè)計(jì)沖擊系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)是安全可靠的。

參考文獻(xiàn)：

[1]交通部公路科學(xué)研究所等.《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》[R].1982

[2]建設(shè)部城市建設(shè)研究院等.《城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)CJJ77-98》[S].1998