某小箱梁橋舊橋加寬現場荷載試驗

魏 偉

(山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032)

在改擴建項目中橋梁占有比重較大，技術狀況千差萬別，而且舊橋加寬存在技術復雜、實施難度高、對交通通行影響大等的特點。舊橋加寬的研究不僅可以有效提高舊橋的承載能力和延長橋梁的使用壽命，還能避免大規模重復建設造成的經濟損失，有利于綠色、環保，經濟和社會效益顯著。

本文通過靜載試驗檢驗橋梁承載力能否滿足設計及使用要求，檢驗橋梁工程質量，驗證結構的可靠性。掌握橋梁技術狀況，為后期運營、養護提供技術資料和依據。

1 工程概況

加寬后橋梁寬：0.5 m(防撞護欄)+18.5 m(行車道)+0.5 m(中央分隔帶)+0.5 m(防撞護欄)+18.5 m(行車道)+0.5 m(防撞護欄)=39.5 m(原橋24.5 m)。

上部結構：結構形式為6×30 m+13 m，裝配式預應力混凝土連續箱梁+空心板；右幅上部結構采用6×30 m裝配式預應力混凝土連續箱梁；橋梁下部結構采用薄壁空心墩、肋板橋臺，鉆孔灌注樁基礎。本橋加寬方式采用上部連接、下部不連接，拼寬部分上部結構類型與原橋一致，下部結構采用薄壁式空心墩、柱式墩、柱式臺、薄壁臺，鉆孔灌注樁基礎。荷載等級：原有橋梁：汽車-超20級，掛車-120；加寬橋梁：公路-Ⅰ級。

2 受力計算

采用平面桿件單元進行仿真模擬，并采用橋梁計算通用軟件橋博對結構進行建模分析及荷載的加載。全橋共劃分為132個梁單元，133個節點，如圖1所示。

圖1 全橋結構離散圖

結構計算所得的主橋活載彎矩包絡圖及最大彎矩值對應斷面如圖2及表1所示。

圖2 活載作用下主梁彎矩包絡圖

表1 各測試斷面理論控制值表

根據主橋活載效應包絡圖及橋梁實際情況確定橋梁的試驗控制斷面。本次試驗選擇了3個最不利正應力測試斷面、1個最不利剪應力測試斷面。1#斷面為右幅第一跨0.4L；2#斷面為右幅1#墩支點；3#斷面為右幅第二跨L/2，各測試斷面理論控制值見表1。

3 荷載設計

3.1 加載原則

本次加載試驗目的是校驗結構的工作性和承載力是不是達到設計文件的要求，復核工程的可靠性和安全度。加載荷載大小的確定可按控制應力和撓度等效原則確定。試驗效率采取以下公式(1)計算，其數值的大小宜介于0.85～1.05之間。

η=Sstat/(S·б)

(1)

式中：Sstat—試驗荷載作用下，檢測部位變位或力的計算值；S—設計標準活載荷載作用下，檢測部位或力的計算值(不計動力系數)；б—設計取用的動力系數。

靜載試驗選用點荷載模擬車輛進行加載，根據試驗條件及本橋結構的結構特點及場地條件，本次試驗最終所選取加載工況及試驗荷載效率見表2，加載效率達到我國現行規范的要求，滿足對橋梁力學性能檢驗和分析的要求。

表2 各工況加載效率及測試項目

3.2 測試項目及加載工況

本次試驗的工況1～5控制采用逐級加載方式，所有的工況采用3級加載的方式進行。

3.3 加載車輛

本次試驗根據計算，選用四輛東風雙后軸作為試驗加載車輛，車輛軸重嚴格按照試驗荷載設計的要求進行稱重控制。

4 試驗結果分析

4.1 混凝土應變

由各主要控制測試斷面混凝土應變校驗系數表可以看出，應變的校驗系數主要集中在0.64～0.82范圍內，均明顯低于《大跨經混凝土橋梁的試驗方法》中所規定的1.05的上限，表明試驗跨主梁抗彎強度能夠滿足設計要求，各主要控制測試斷面混凝土應變校驗系數見表3。

表3 正應變校驗系數表

4.2 混凝土剪力

由實測混凝土剪應力校驗系數表可以看出，檢驗系數集中在0.53～0.76范圍內，明顯低于《大跨經混凝土橋梁的試驗方法》中所規定的1.05的上限，表明該橋現有抗剪強度滿足設計要求，實測混凝土剪應力校驗系數見表4。

表4 剪應力校驗系數表

4.3 撓度結果

由各主要控制測點撓度校驗系數表可以看出，撓度值的校驗系數主要集中在0.60～0.90范圍內，均明顯低于《大跨經混凝土橋梁的試驗方法》中所規定的1.05的上限，表明該橋抗彎剛度能夠滿足設計和使用要求，各主要控制測點撓度校驗系數見表5。

表5 撓度校驗系數

4.4 斷面應力分布

由各測試斷面應力分布圖可以看出，主梁不同高度位置實測應力基本在一條直線上，符合平載面假定。且實測得到的主梁中性軸與模型計算結果一致，說明橋梁的實際截面特性與理論計算基本一致，應力分布如圖3、圖4所示。

圖3 工況二1#斷面1#梁應力分布圖

圖4 工況二2#斷面1#梁應力分布圖

4.5 斷面橫向撓度

由各測試斷面的橫向位移曲線可知，在各工況荷載作用下，測試斷面的位移曲線與理論計算結果的位移規律能較好的吻合，由此可以得知橋梁的整體性和橫向聯系較好，橫向位移曲線如圖5、圖6所示。

圖5 工況一1#斷面橫向撓度曲線圖

圖6 工況四3#斷面橫向撓度曲線圖

4.6 撓度殘值

各主要工況荷載作用下對應的主要控制測點撓度相對殘余值均小于規范規定要求的0.2，說明橋梁的彈性工作性能較好。相對殘余值見表6。

表6 主要測點撓度(中載)相對殘余值表

4.7 裂縫

試驗過程中，主梁沒有新裂縫產生，橋梁墩臺與基礎未見異常情況，說明橋梁的抗裂性能及墩臺基礎的工作性基本能滿足正常工作要求。

5 結 論

通過建模分析計算，提取汽車荷載作用下各個梁的撓度、應變等數據，與試驗中測得數據進行對比，從結果中可以看出試驗數據與計算數據吻合較好。試驗中未發現裂縫產生，說明翼緣連接可靠，結構整體性較好滿足相關規范要求。此次試驗橋梁探明地質較好，試驗中未發現基礎變形，故未做沉降量觀測。

現場荷載試驗選取的實例小箱梁橋，新舊橋之間采用翼緣連接，連接部分均無橫梁，下部不連接。這種連接方式橫向剛度較小，彎矩傳遞效率較低，但能有效的傳遞剪力，橫向傳力明確。新舊橋橫向連接后，橋面平整性、舒適性好，且能較好的適應正常的運營交通。