預應力混凝土橋梁的靜載檢測分析

張 鵬

(安徽省路橋試驗檢測有限公司，安徽合肥 230000)

0 引言

橋梁是道路交通的關鍵節點，其承載能力和通行能力是控制道路全線的關鍵。然而，橋梁長期處于露天的環境中，受到自然因素如風載、波浪等荷載作用，橋梁的結構易產生如裂縫、開裂等病害。

為確保橋梁的安全可靠，就需要全面評估橋梁實際使用中的工作狀態，而荷載試驗可以有效檢驗橋梁結構整體的施工質量與受力性能，對橋梁結構的正常使用性能、強度、剛度、裂縫等各項指標做出全面的評價，并對橋梁結構的承載能力做出準確的評估，掌握橋梁的運行狀況和所處狀態，推斷其承載能力，從而綜合、正確的評定橋梁的實際狀況。

對于公路及市政橋梁使用較多的預應力混凝土預制梁，姜源等［1］、馬云鋒等［2］對試驗的具體實施過程及評定方法進行了研究，但其均為預應力混凝土單梁，李延存［3］對斜拉橋的靜載試驗方法進行了相關研究，吳帆［4］對高性能混凝土橋梁進行了靜載試驗分析。本文在上述研究基礎上開展了太原市某高架橋主線橋應變、撓度等靜態檢測試驗，并計算了試驗效率系數、荷載效應校驗系數、結構相對殘余變形及結構剛度等，全面評估了高架橋的受力性能。

1 工程概況

太原市某高架橋主線橋共計13聯41跨，橋長1 221.5 m，上部結構第2聯、第9聯采用變截面預應力混凝土箱梁、第7聯采用等截面普通鋼筋混凝土箱梁、第13聯采用鋼筋混凝土實心板梁，其余橋跨均采用等截面預應力混凝土連續箱梁;另外，第7聯西端南北兩側分別接有上、下平行匝道，匝道橋全長均為120.0 m，上部結構采用4跨等截面預應力混凝土箱梁，下部結構采用鋼筋混凝土輕型橋臺，帶橫梁雙立柱橋墩，承臺配樁基形式基礎;上、下平行匝道下部結構采用輕型橋臺和單柱式橋墩。主線橋橋面總寬為23.5 m～41.5 m，設計荷載為城—A級，抗震設防烈度為8度，上部預應力結構按部分預應力A類構件設計。為檢驗工程質量，并為橋梁竣工驗收提供依據，對該高架橋部分橋跨進行靜載試驗，檢測上部結構主梁在試驗荷載作用下的應變(應力)和撓度，據此評價橋梁的受力性能是否滿足設計要求。

2 靜載檢測準備工作

2.1 檢測方法

本次靜載試驗主要檢測應變、撓度兩項指標，用于計算結構變位或應變校驗系數ζ、結構相對殘余應變S'P、結構剛度等，從而評估橋梁在試驗荷載作用下是否滿足正常使用要求。其中應變采用應變片配合靜態應變測試系統測試，撓度采用位移計配合自動巡檢全站儀測試。

2.2 評估方法

依據橋梁檢測評定技術規程，采用荷載試驗效率控制荷載工況、加載位置。荷載試驗效率按下式計算:

其中，ηs為靜力荷載試驗效率，對驗收性荷載試驗，其值應不小于0.85，且不大于1.05;Sstat為實際工況荷載作用下，控制斷面的最大內力或變位計算值;Sk為控制荷載作用下，控制斷面的最不利內力或變位計算值;μ為設計沖擊系數。本次項目橋梁設計荷載為城—A級，理論計算采用Midas civil 2017橋梁計算軟件建立試驗聯模型進行計算分析，以第5聯(11號墩～15號墩)為典型代表，計算模型見圖1。

圖1 第5聯主梁計算模型圖

結構變位或應變校驗系數按照CJJ/T 233—2015城市橋梁檢測與評定技術規范規定進行計算。

一般情況下，結構變位或應變校驗系數應小于1，當大于1時應查明原因，當結果無誤時，橋梁結構的承載能力應評定為不滿足要求。

測點的相對殘余變位按下式計算:

其中，S'P為測點的相對殘余變位(應變)，%;SP為試驗荷載作用下控制測點的殘余變位(應變)實測值;St為試驗荷載作用下控制測點的總變位(總應變)測試值。當測點的相對殘余變位或相對殘余應變大于20%時，應查明原因;當結果無誤時，橋梁結構的承載能力應評定為不滿足要求。

2.3 試驗測試斷面及測點布置

選擇中間第5聯(11號墩～15號墩)為典型代表，試驗中選取該聯西邊跨及中跨進行靜載試驗，控制截面見圖2，進行應變和撓度測試，代表最大正彎矩斷面西邊跨1—1斷面;跨中最大正彎矩代表斷面中跨2—2斷面;最大負彎矩代表斷面3—3:中墩支點應變測試。

圖2 測試斷面位置示意圖

以測試2—2斷面為例，其應變測點編號及布置示意圖見圖3，撓度測點布置圖示意圖見圖4。

圖3 應變測點編號及布置圖

圖4 撓度測點編號及布置圖

2.4 試驗檢測加載

通過理論計算得到各測試斷面活載影響線，并由各測試斷面影響線按照荷載效應等效及最不利布載原則進行加載車載位布置。第5聯中跨2—2斷面最大正彎矩工況，加載載位示意圖見圖5。每個工況分四級加載，按標號順序依次加載。

圖5 2—2斷面最大正彎矩南偏載載位示意圖（單位：mm）

3 靜載檢測結果

3.1 試驗效率系數

根據CJJ/T 233—2015城市橋梁檢測與評定技術規范中相關要求，應滿足0.85～1.05，主橋各斷面靜載試驗效率見表1。

表1 第5聯靜載試驗效率系數

由表1可知，本次靜載試驗效率在1.04～1.05之間，滿足CJJ/T 233—2015城市橋梁檢測與評定技術規范規定的靜載試驗效率系數在0.85～1.05的要求。

3.2 荷載效應校驗系數

試驗荷載作用下2—2測試斷面應變實測值、理論值及校驗系數見圖6。由圖6可知，中跨最大正彎矩斷面(2—2斷面)在試驗荷載作用下，應變校驗系數在0.60～0.84之間，均小于1，表明該聯上部結構主梁當前能夠滿足設計城—A級荷載的正常使用要求。

圖6 第5聯2—2斷面應變校驗系數

試驗荷載作用下2—2測試斷面撓度實測值、理論值及校驗系數見圖7。由圖7可知，中跨最大正彎矩斷面(2—2斷面)在試驗荷載作用下，撓度校驗系數在0.73～0.75之間，均小于1，滿足規范要求，表明該聯上部結構主梁當前能夠滿足設計城—A級荷載的正常使用要求。

圖7 第5聯2—2斷面撓度校驗系數

3.3 結構相對殘余變形

試驗荷載下，第5聯2—2斷面主要應變測點的相對殘余應變見圖8，第5聯2—2斷面主要撓度測點相對殘余變位見圖9。由圖8，圖9可知，中跨箱梁最大正彎矩斷面梁底混凝土應變相對殘余變形在6.3% ～11.1%之間，梁底撓度相對殘余變形在2.6% ～8.3%之間，應變及撓度相對殘余變形均小于CJJ/T 233—2015城市橋梁檢測與評定技術規范規定的應變及撓度相對殘余變形容許值20%，表明該聯箱梁具備良好的彈性回復能力。

圖8 第5聯2—2斷面主要應變測點的相對殘余應變

圖9 第5聯2—2斷面主要測點撓度相對殘余撓度

3.4 結構剛度檢驗

在試驗荷載作用下，2—2最大正彎矩斷面梁底實測撓度最大值及撓跨比見表2。由表2可知，試驗荷載作用下，2—2斷面梁底撓度實測最大值為3.8 mm，推算至1.05倍設計荷載作用下的撓度為3.0 mm，為跨度的1/10 000，遠小于JTG D62—2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范所規定的L/600允許值，表明在設計城—A級荷載作用下該聯箱梁豎向剛度滿足設計規范要求。

表2 第5聯2—2斷面實測最大撓度及撓跨比

4 結語

本文開展了太原市某高架橋主線橋應變、撓度等靜態檢測試驗，試驗檢測計算了試驗效率系數、荷載效應校驗系數、結構相對殘余變形及結構剛度，得出以下結果:

1)各工況試驗荷載作用下，對應控制測試截面應變測點、撓度測點校驗系數均滿足《城市橋梁檢測與評定技術規范》規定的要求，應變、撓度相對殘余均小于20%。

2)在正常使用極限狀態下，目前所測試高架橋第5聯上部結構箱梁能夠滿足設計城—A級荷載的正常使用要求。