高速公路預應力T梁靜載試驗及承載力分析評定

談 勇 林

(東莞市路橋投資建設有限公司，廣東 東莞 523000)

1 工程概況

某高速公路互通主橋，橋跨布置為1×25 m簡支梁橋形式，橋梁上部采用預制25 m預應力混凝土T梁結構，梁高1.7 m，橋寬12.25 m，C50混凝土，先張法張拉預應力鋼束，橋梁設計荷載等級為公路—Ⅰ級。在預應力T梁澆筑、養護完成后，為驗證該批T梁施工質量和承載能力是否滿足相關設計文件和規范要求[1-4]，對該橋左線1-4號、右線1-1號預制T梁進行抽樣靜載試驗。

2 試驗方案及內容

為了準確評價該橋整體承載力情況，用以制定靜載試驗方案，主要工作包括以下三方面內容：

1)T梁外觀檢查，對試驗梁的梁體各部位進行檢查，排查出現裂縫可能，如有裂縫，描繪其出現的具體位置，為荷載試驗布置測點做前期準備，并檢查是否有其他病害出現。

2)確定試驗控制荷載，本文采用對該橋成橋狀態進行有限元理論分析計算，以確定最不利荷載作用下的最不利截面內力(彎矩)控制值，從而確定等效單梁靜載試驗控制荷載，該方法更符合實際，且安全。

3)T梁靜載試驗，主要檢測結構在最不利荷載作用下的最不利截面的力學特征，包括應力(應變)、位移(撓度)及裂縫寬度等，并在試驗過程中時刻關注可能出現的異常情況[5]。本次荷載試驗對象為簡支結構，主控截面為跨中截面，具體測試該截面撓度和應力(應變)情況。

試驗檢測主要目的是檢驗T梁工作性能和承載能力是否安全可靠，且符合相關規范設計要求，為T梁的使用以及驗收提供可靠技術依據，試驗荷載效率η宜介于0.85～1.05之間，依據最新《公路橋梁荷載試驗規程》[3]規定，η的計算如式(1)所示：

(1)

其中，SS為靜載試驗荷載作用下，某一加載試驗項目對應的加載控制截面內力或位移的最大計算效應值；S為控制荷載產生的同一加載控制截面內力或位移的最不利效應計算值；μ為按規范取用的沖擊系數值，本試驗不考慮沖擊系數，取μ=0。

3 25 m預應力T梁靜載試驗

3.1 數值計算模型

根據預制T梁實際工作狀態的形式，采用結構有限元分析專用程序Midas/Civil進行結構靜力分析，如圖1所示，模型總計187個節點，306個梁單元，150個板單元。根據模型計算最不利荷載布置，左線1-4號、右線1-1號T梁在移動荷載(公路—Ⅰ級)作用下的跨中的彎矩值，同時計算出橋面鋪裝作用下的彎矩值，將兩者相加作為加載試驗的設計值。具體加載試驗的設計值見表1。

表1 各T梁加載試驗設計值

同時建立單梁模型，共有29個節點28個單元，因篇幅所限，僅列出左線1-4號模型示意圖，如圖2所示，在模型上加集中力模擬重物加載，計算出加載值。

3.2 測試截面選取及測點布設

根據模型計算分析可知，跨中截面的內力、彎矩、撓度變化最大，故跨中為主控截面，應變及撓度測點如圖3布置于跨中截面。

3.3 分級加載控制及加載效率

采用25 m，30 m T梁作為配重荷載，進行分級加載檢測，25 m T梁重53.0 t，30 m T梁重72.0 t。分級加載方案如圖4所示，將配重梁一端以吊機起吊支撐，另一端支點設置于試驗梁跨中梁頂位置處，施加荷載由配重梁自重通過跨中支點向下傳遞，可等效視為豎向集中力荷載，荷載大小由配重梁支點所設位置決定，從而實現試驗T梁最不利位置處的分級加載方式，分級集中力大小分別為265 kN(一級)，360 kN(二級)，385 kN(三級)。

靜力加載試驗所得試驗T梁加載跨中彎矩值及荷載效率計算值詳見表2，可以看出，最終荷載效率系數η數值超過0.85以上，加載效率滿足規范相關要求，表明本次荷載試驗所得數據較為可靠。

表2 T梁靜載試驗效率系數及控制值

4 靜力試驗結果分析

4.1 應力(應變)試驗結果

T梁跨中截面現場實測及理論計算結果如表3所示，其中理論值由上述Midas所建單梁模型計算得出。可以看出，在試驗荷載作用下，實測應力絕對值均小于理論計算值，試驗梁跨中截面應力校驗系數介于0.586～0.780之間，殘余變形不大于20%。分析可知，結構校驗系數小于1.0時，表明結構的實際狀況要好于理論狀況，證明T梁安全儲備充足，最終卸載完成后，相對殘余均滿足規范要求。

表3 T梁跨中截面應變試驗結果

4.2 撓度試驗結果

撓度實測與理論計算結果比較詳見表4，可知：T梁跨中截面在荷載下的實際撓度小于理論計算值，撓度的校驗系數為0.76和0.85，結構校驗系數小于1.0時，表明結構的實際狀況要好于理論狀況。相對殘余變位不大于20%，滿足規范要求，表明結構在試驗荷載作用下處于彈性工作狀態。

表4 T梁跨中截面撓度試驗結果

5 結語

以某高速公路1×25 m簡支梁橋預制T梁為靜載試驗對象，就地取材將現場預制梁直接作為配重荷載，通過吊裝方式進行加載，通過以上試驗過程和分析，可以得出以下結論：

1)本次試驗所加荷載采用跨中彎矩等效集中力荷載分級控制加載，滿足荷載效率值η的相關要求，在試驗荷載作用下T梁產生的應力及撓度也均滿足校驗系數要求。

2)25 m預應力T梁在設計荷載作用下最不利截面應力、位移實測值均小于理論計算值，表明結構的實際狀況要好于理論狀況，證明T梁有一定安全儲備。

3)通過對該組試驗單梁靜載 試驗結果及試驗現象的綜合分析，說明試驗T梁的剛度、強度等力學性能均滿足設計及使用要求；預制質量和工藝符合相關要求。