基于靜載試驗的在役PC空心板橋承載能力分析★

劉 恒 曾芙霞 彭銳升 涂文祥

(湖南高速鐵路職業技術學院鐵道工程學院，湖南 衡陽 421002)

PC空心板橋作為一種裝配式結構，由于其具有施工方便、受力明確的優點，是一種較常用的橋梁結構形式。隨著運營時間的增加，結構會出現不同程度的損壞，為保證結構安全不造成重大的交通安全事故，就需要對橋梁結構進行承載能力評定。靜載試驗是一種較直觀的檢測方法。

1 工程概況

某省道在役PC空心板橋已使用15年，上部結構為3×20 m的 預應力混凝土空心板簡支梁，采用后張法，先簡支后橋面連續。橋梁全長68.40 m，橋梁全寬10.5 m，凈9.5 m(行車道)+2×0.5 m(防撞欄桿)。本橋平面位于直線上，跨越小河，與河流交角30°，橋面橫坡為雙向2%，縱坡為-3.495%。全橋橫斷面由8片空心板組成，橫向按鉸接板考慮，空心板采用交通部通用圖，高950 mm，寬1 240 mm，頂、底板厚120 mm。下部結構橋臺采用雙柱式輕型橋臺，橋墩采用雙柱式輕型墩。墩臺采用樁基礎。橋梁設計荷載等級為公路—Ⅱ級。

2 靜載試驗

2.1 有限元計算模型

依據設計圖紙和現場測試數據，采用橋梁結構有限元分析軟件MIDAS/Civil中的梁格法建模分析。該橋為簡支結構，選取第三跨進行建模分析，共劃分為894個單元和647個節點。橫向鉸接板聯系采用釋放虛擬橫梁梁端約束進行模擬，支座按支座剛度參數進行模擬。全橋有限元模型見圖1。

2.2 測點布置及測試方法

本橋靜載試驗測試內容為梁體撓度、應力和裂縫，測試斷面為跨中截面。撓度測試采用百分表測試，每塊板跨中截面和支座附近底面中心位置放置一個百分表，百分表通過磁性表座固定在測試用鋼管支架上，該支架與行走腳手架獨立開，測試過程該支架固定不動。撓度測試精度為0.01 mm。應變測試采用靜態電阻應變儀測試，每塊空心板跨中底面中心位置用502膠水貼兩片應變片，通過電源線接至應變儀，應變片與混凝土表面貼合緊密，無氣泡無折皺。應變測試精度為1 με。梁體裂縫觀測先采用目測和望遠鏡搜索，發現有裂縫后采用裂縫觀測儀測量裂縫寬度，用鋼尺測量其長度。跨中截面撓度和應變測點見圖2。

2.3 試驗加載

經計算，本次試驗采用4臺總重320 kN的三軸汽車進行加載，分三級加載一次性卸載。試驗共分為兩個工況。

工況Ⅰ：第三跨跨中截面最大正彎矩(中載)。

第三跨3號梁跨中截面彎矩影響線見圖3。

工況Ⅰ加載車輛布置見圖4。

工況Ⅱ：第三跨跨中截面最大正彎矩(偏載)。

第三跨1號梁跨中截面彎矩影響線見圖5。

工況Ⅱ加載車輛布置見圖6。

各工況荷載效率系數見表1。

表1 靜載試驗效率系數表

2.4 靜載試驗數據處理

試驗數據經處理后，得出各測點校驗系數進行評定。校驗系數是在試驗荷載作用下量測的彈性變位(或應變)值與試驗荷載作用下理論計算變位(或應變)值的比值。

2.4.1跨中撓度

梁體實測撓度由跨中截面實測值進行支座修正后得到的數值，撓度數據見表2，各測點撓度理論值和實測值對比見圖7。

表2 撓度測試結果 mm

從表2，圖7中可以看出，各工況下大部分測點撓度校驗系數介于0.8～1.0之間，部分測點校驗系數超過1，說明結構剛度較差。

2.4.2梁底應力

梁體實測應變由儀器自動記錄，應力根據胡克定律由實測應變和材料的彈性模量計算得出。各梁底應變數據見表3，表中數據為同一塊板底兩處應變的平均值。

表3 應變測試結果 με

從表3,圖8中可以看出，各工況下大部分測點應變校驗系數介于0.8～1.0之間，部分測點校驗系數超過1，說明結構強度較差。

2.4.3梁體裂縫

試驗前對梁體裂縫進行了檢查，對裂縫的寬度和長度進行了記錄。試驗過程梁體裂縫有變寬但長度方向未發展，卸載后部分裂縫寬度較試驗前有所增加，但大部分能恢復到加載前狀態。

3 結語

從以上3個檢測項目數據分析得出：

1)校驗系數大部分介于0.8～1.0之間，部分超過1，殘余變位基本上在20%以內，說明該橋安全儲備不足，梁體出現裂縫，承載能力較差，應進行加固處理。

2)對于外觀檢查中發現3號板與4號之間鉸縫混凝土不密實、脫空的現象，在靜載試驗中體現為3號、4號校驗系數明顯偏大，說明鉸縫質量對全橋的承載能力有較大的影響。