澤城西安水電站（二期）南山橋單梁靜載試驗分析

石 海

（山西澤城西安水電有限公司，山西 太原 030002）

澤城西安水電站（二期）工程南山橋位于左權縣清漳河上小南山村附近大南溝溝口。南山大橋公路里程樁號為 5+253.506—5+433.506，跨徑布置為9×20 m，橋頭搭板尺寸為6 m×2 m，橋面凈寬8.24 m。橋梁上部結構為裝配式預應力混凝土空心板簡支梁，預應力鋼筋采用5根直徑15.2 mm的鋼絞線，下部結構為柱式橋墩（臺）灌注樁基礎。設計荷載：汽-20級，掛-100級。

1 單梁靜載試驗

1.1 試驗目的與手段

本次試驗的目的，是了解主梁結構在荷載作用下的實際工作狀態，綜合分析判斷主梁結構的承載能力和使用條件，檢驗主梁的承載能力是否達到設計要求。主要是通過在主梁結構上施加與設計外荷載或使用荷載基本相當的外載，采用分級加載的方法，利用檢測儀器測試橋梁結構的控制部位與控制截面，在各級試驗荷載作用下的撓度、應力等特性的變化，將測試結果與結構按相應荷載作用下的計算值與有關規范規定值作比較，從而評定主梁結構的承載能力，進而分析試驗主梁是否達到設計的安全度和可靠度。

1.2 試驗內容

現場試驗和內業的分析計算主要有以下幾個方面：依據設計圖紙和相關規范并結合現場試驗條件，確定試驗加載方式和加載值；分析主梁結構控制截面在靜載作用下的應變和撓度；實測主梁控制截面在靜載作用下的應變和撓度；通過計算和試驗數據的比較，確定試驗主梁的承載力是否滿足要求；觀測主梁在試驗荷載下有無裂縫及裂縫是否開展。

1.3 試驗依據

中華人民共和國行業標準《公路橋涵設計通用規范》（JTJ 021-89）、《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTJ 023—85）、中華人民共和國行業標準《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F80/1-2017）、《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/T J21-2011）、《公路橋梁荷載試驗規程》（JTG/T J21-01-2015）、《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/T H21-2011）、澤城西安水電站（二期）工程南山橋橋梁設計圖及相關資料。

2 試驗方案

2.1 試驗荷載的確定

單梁試驗加載應在某一范圍內試驗才能有效。根據《公路橋梁荷載試驗規程》（JTG/T J21-01-2015），試驗荷載的效率系數ηq（0.85≤ηq≤1.05）按以下公式計算：

式中：Ss——靜力試驗荷載作用下，某一加載試驗項目對應的加載控制截面內力或變位的最大計算效應值；

S——設計荷載產生的同一加載控制截面內力或變位的最不利效應計算值（考慮多車道折減）；

μ——按規范取用的沖擊系η數值，μ=0.176 7lnf-0.015 7（結構的基頻f）。

2.2 內力分析與計算

依據《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2015）的有關規定，結合設計資料，對該橋的上部結構進行了詳細的分析計算，使用橋梁電算專用程序分別作出橋梁結構（即成橋后的連續梁）在二期恒載和設計活載（公路—I級）作用下的彎矩和位移包絡圖，根據橋梁的橫向分布系數，確定主梁在二期恒載和活載作用下最不利正彎矩和最大位移的具體位置，此最不利位置為跨中截面。分別計算二期恒載和汽車活載（考慮沖擊效應）在試驗梁跨中所產生的彎矩效應值，將它們的組合值作為設計荷載效應值，即為試驗梁的跨中加載效應值。根據工地現有條件，采用在試驗梁兩點加載的方式進行加載試驗（見圖1），使得它們產生的彎矩值達到規范要求。

圖1 加載方式（單位：cm）

試驗梁實際跨中加載的集中力值、相應的彎矩值和設計荷載效應對比值見表1。

表1 試驗荷載效應與設計荷載效應對比表

由上表可知，試驗梁的荷載效率值完全符合規范中的規定，從而保證了本次試驗的有效性。

2.3 測試截面

根據簡支梁的受力特點可知跨中截面彎矩值最大，而L/4、3L/4處彎矩和剪力值均較大，上述截面位置應變和撓度是分析確定箱梁承載力的依據，因此將上述三個截面作為本次試驗的測試截面。詳見圖2。

圖2 測試截面示意（單位：cm）

2.4 測點布置

分析主梁在試驗荷載作用下的應變及撓度狀況，在上述測試截面跨中箱梁底板及頂板布置4個應變測點；在每個測試截面底板各布置1個撓度測點。應變片編號如圖3所示，撓度位置和編號如圖4所示。

圖3 7-6（9-6）號梁跨中應變測點布置

圖4 撓度測點布置

2.5 試驗加載

試驗加載按以下原則進行：

試驗加載前，對主梁進行預壓，以減少試驗過程中主梁的殘余變形。采用分級加載，每級穩定5 min以上，并且在試驗過程中，對重要測點數據與理論值及時進行分析比較，以儀器讀數實時監控為準。

現場試驗中保證有兩個平行試驗，若數據重復性很好，則結束本工況試驗，若重復性差，檢查原因后重新測試。在試驗過程中，要對重要測點數據與理論值及時進行分析比較。

為了盡可能減少試驗加載中混凝土殘余變形的影響，全部荷載試驗加載到位后，持續5 min以上，待橋梁變形穩定后采集所需數據。每次卸載時，加載量均卸載至0。

3 試驗結果與分析

3.1 理論計算

靜載計算所用程序為橋梁分析專用程序橋梁博士。做出試驗梁在簡支狀態下跨中截面、L/4截面和3L/4截面的彎矩影響線（圖5-1～圖5-2）及跨中截面、L/4截面和3L/4截面的撓度影響線（圖5-3～圖5-4）。分別在跨中截面、L/4截面和3L/4截面的彎矩影響線和撓度影響線布置試驗荷載，從而可求出主梁在試驗荷載下的理論應變和撓度。

圖5-1 跨中截面彎矩影響線

圖5-2 L/4（3L/4）截面彎矩影響線

圖5-3 跨中截面撓度影響

圖5-4 L/4（3L/4）撓度影響線

3.2 撓度結果分析

各撓度測點在試驗荷載作用下的實測值與理論計算值的比較結果見表2所示，其中，撓度以向下為正。

表2 各梁實測撓度與計算值比較

根據表2各梁各撓度測點在試驗荷載作用下的實測撓度與計算撓度值進行比較分析，撓度變化見圖5。

圖6 撓度實測值與計算值比較

從表2及圖6中可以看出：各測點撓度的實測值均小于計算值，說明主梁剛度大于設計剛度。

3.3 應變結果分析

各應變測點在試驗荷載作用下的平均值與理論計算值的比較結果見表3，其中，應變以受拉為正，受壓為負。

從表3中可以看出：各測點的應變實測值均小于計算值，說明主梁強度大于設計強度，且主梁處于彈性工作狀態。

表3 各梁實測應變與計算值比較

4 結論

4.1 加載效率

本次試驗的加載效率為1.00，在規定的范圍之內，滿足規范中關于試驗荷載的要求，即加載有效。

4.2 試驗結果

4.2.1 撓度

7-6～9-6 號空心板撓度校驗系數在 0.51～0.62 之間，試驗梁在試驗荷載作用下，各點的撓度實測值均小于計算值，且在正常范圍之內，說明各試驗梁結構剛度均滿足公路Ⅰ級的設計要求。

4.2.2 應變

7-6～9-6 號空心板應變校驗系數在 0.63～0.68 之間，試驗梁在試驗荷載作用下，各測點的應變實測值均小于計算值，且在正常范圍之內，說明其強度滿足要求。

4.2.3 裂縫

在試驗工程中未出現裂縫。

綜上所述，澤城西安水電站（二期）南山橋單梁靜載試驗梁強度及剛度目前均滿足設計要求。