某公路橋靜載試驗與分析

□□ 祝 清

(湖南博聯檢測工程有限公司，湖南 常德 415000)

1 項目簡介

為確保橋梁在正常營運時的使用安全，有必要對橋梁結構特性、工作狀態等進行檢測，綜合分析判斷該橋結構的承載能力與使用要求、設計標準是否相符。某公路橋位于道路K1+470處，河流走向與道路前進方向斜交，斜交角度為45°，河道垂直寬度約為60 m。該公路橋為主跨為4×30 m預應力混凝土連續箱梁，兩側設置裙板裝飾的景觀橋。全橋橫向分為三部分：兩側的車行橋和中央的管線橋。橋全長為127.114 m，單幅橋橫斷面形式為：3.0 m的人行道、6.5 m的非機動車道與單位車輛進出車道、11.5 m的機動車道、0.5 m的防撞墻、0.5 m的花槽，共22 m。管線橋全長為120 m，橋寬為3.8 m。

主梁采用單箱五室截面，梁高為1.8 m，懸臂長為2.5 m。跨中箱梁頂板厚為22 cm，底板厚為20 cm，腹板厚為40 cm；根部加厚段頂板厚度逐漸過渡至45 cm，腹板厚度自40 cm逐漸過渡到60 cm。中橫隔板厚為2.5 m，邊橫隔板為1.5 m。橋梁布置如圖1和圖2所示。

圖1 橋梁照片

圖2 立面布置圖

2 靜載試驗

2.1 試驗工況

試驗前對全橋主梁外觀進行檢查[1]，最終選擇左幅的第一、二孔作為此次靜載試驗的試驗跨。工況及測試內容見表1。

表1 靜載試驗工況及測試內容

2.2 試驗荷載

參照CJJ 11—2011《城市橋梁設計規范(2019年版)》[2]，該橋梁設計荷載為：汽車荷載取城市-A級；人群荷載取3.5 kN/m2。此次靜載試驗是通過加載車輛的方式開展，試驗荷載按照靜載效率系數換算得到，并考慮加載車輛的來源以及試驗時加載車輛容易調頭等因素[2-3]。

2.3 加載及卸載程序

(1)預加載。正式加載前，對試驗橋跨進行預壓，以消除非彈性變形的影響。

(2)加、卸載。分2級加載，加載速度≯5 km/h，然后2級卸載到零荷載。每施加一級荷載，持荷20 min，記錄各測點變形及應變；當荷載加至最大試驗荷載后，持荷30 min或梁體下撓≯0.1 mm/min，記錄各測點的變形及應變，并檢查梁體是否有裂縫產生。

(3)為了保證試驗質量，荷載試驗選擇在氣溫變化在5 ℃以內和結構溫度趨于穩定的時間間隔內進行[4]。

2.4 試驗終止條件

當試驗過程中發生下列情況應中途停止加載[4-5]：

(1)控制測點應力、變形(或撓度)已達到或超過理論控制值時。

(2)橋梁結構裂縫長度或縫寬急劇增加，出現了大量新裂縫或縫寬超過允許值的裂縫大量增多時。

(3)橋梁沿跨長方向測得的變形曲線分布規律與理論計算結果相差過大時。

(4)發生其他影響橋梁承載能力或正常使用損壞時。

2.5 測點布置與觀測方法

加載試驗時，采用靜態電阻應變儀測出各點的應變。應變測點布置于跨中截面梁的底面中心處。應變測點布置圖如圖3和圖4所示。

圖3 全橋主梁應變測試截面分布情況

圖4 主梁截面應變測點

采用百分表對拱頂測點及L/4截面測點進行觀測。變形測點布置如圖5所示。

圖5 左幅主梁變形測試截面分布情況

2.6 加載車輛布置

經計算靜載試驗需要裝載后總軸重為400 kN的加載車4臺，試驗車輛軸距及軸重見表2。

表2 試驗車輛軸距及軸重

依據設計資料及結構特點，采用橋梁結構有限元分析軟件Midas/Civil 對結構進行彈性階段分析，確定各工況下試驗車輛分級加載順序見表3。

表3 試驗車輛分級加載順序表

2.7 靜力荷載效率

此次試驗采用Midas有限元分析軟件對該橋進行理論計算分析。各工況荷載效率系數見表4。

表4 靜載試驗效率系數表

由表4可知：1.05>ηq>0.85，符合JTG/T J21—2011《公路橋梁承載能力檢測評定規程》[3]要求。

3 靜載試驗數據處理及試驗結果分析

3.1 各工況測試結果

3.1.1 工況Ⅰ測試結果

工況Ⅰ各級試驗荷載作用下，跨中截面各測點應變測試結果見表5，各測點應變理論值與測量值對比如圖6所示。

表5 工況Ⅰ跨中截面應變理論值與測量值

圖6 工況Ⅰ各測點變形曲線

各測點變形測試結果見表6。

表6 工況Ⅰ變形測試結果 mm

3.1.2 工況Ⅱ測試結果

工況Ⅱ各級試驗荷載作用下，跨中截面各測點應變測試結果見表7，各測點應變理論值與測量值對比如圖7、圖8所示。

表7 工況Ⅱ跨中截面應變理論值與測量值

圖7 工況Ⅱ各測點變形曲線(第二跨)

圖8 工況Ⅱ各測點變形曲線(第一跨)

各測點變形測試結果見表8。

表8 工況Ⅱ變形測試結果 mm

3.1.3 工況Ⅲ測試結果

工況Ⅲ各級試驗荷載作用下，跨中截面各測點應變測試結果見表9，各測點應變理論值與測量值對比如圖9所示。

表9 工況Ⅲ 跨中截面應變理論值與測量值

圖9 工況Ⅲ 各測點變形曲線

各測點變形測試結果見表10。

表10 工況Ⅲ 變形測試結果 mm

3.2 結果分析

在此次靜載試驗中，在工況Ⅰ～Ⅲ各級荷載作用下，主梁的應變及變形測量值均小于理論值，且測量的分布規律與理論計算一致。該橋荷載試驗的荷載試驗效率為0.994～1.023，各測點相對參與變形最大值為18.2%，滿足JTG/T J21—2011《公路橋梁承載能力檢測評定規程》試驗結構校驗系數<1.0和相對殘余變形值<20%的要求。據此可以判定，各荷載工況下，應變及變形基本處于彈性變形范圍之內，橋梁的安全儲備足夠。

4 結論

該橋測試跨荷載試驗的試驗結果及分析表明：

4.1 該橋荷校驗系數滿足JTG/T J21—2011《公路橋梁承載能力檢測評定規程》的要求，試驗結果能夠真實反映結構現有的技術狀態。

4.2 該橋的應變測試結果與理論計算結果規律一致，且測試截面測點測量值均小于計算值。

4.3 該橋梁控制截面的變形均小于理論值。卸載后，殘余變形小，結構處于彈性工作狀態。