拓寬橋梁受力性能及靜載試驗

高彥瀅 馬安財

（1.甘肅省平涼公路局崆峒公路管理段，甘肅平涼 744000；2.甘肅交通職業技術學院，甘肅蘭州 730070）

隨著社會經濟的飛速發展，對提升公路與橋梁通行能力的要求越來越高，早期修建的公路由于路面太窄或橋梁承載能力偏低等，已不能滿足目前交通使用需求，為改善通行能力，需要對道路進行加寬、對橋梁進行拓寬。在對道路進行加寬的過程中，橋梁的拓寬最為關鍵，拓寬后橋梁的實際承載能力能否滿足設計和使用要求，須通過試驗分析驗證。橋梁荷載試驗是檢驗橋梁承載能力的重要手段。通過測試橋梁結構在試驗荷載作用下控制截面的應力/應變、撓度和裂縫等參數，評價橋梁的實際承載能力，新橋的荷載試驗由于舊橋對其約束，受力特性一版與不考慮加寬的有所不同。本文以青蘭高速公路平涼至定西段平涼西收費站廣場拓寬改造橋梁為研究對象，通過內力分析，研究了既有部分對新建部分橋梁的內力及變形性能的影響以及影響規律，并通過現場靜載試驗研究了橋梁的承載能力、整體剛度，對橋梁結構的受力性能進行總體評價，為該橋梁今后運營階段的維修養護提供依據。

1 工程概述

青蘭高速公路平涼至定西段平涼西收費站廣場拓寬改造橋梁，原橋于2011年12月建成通車，加寬段于2014年12月完成。舊橋上部采用1～20 m預應力混凝土簡支箱梁，寬度為12.50 m，斜交角為20°。拓寬段位于舊橋左側，上部與原橋保持一致，采用1～20 m預應力混凝土簡支箱梁，拓寬寬度變化范圍為12.6～13.4 m間。拓寬后，橋梁設計荷載與原橋保持一致，為公路Ⅰ級，新舊橋通過濕接縫澆筑連接。

拓寬橋梁橋面橫截面如圖1所示。

圖1 拓寬橋梁橫截面（單位：cm）

2 考慮舊橋部分對新拓寬橋梁受力性能影響

為了分析舊橋對新拓寬橋梁橫向影響大小及規律，分別按照工況1和工況2兩種情況計算了新拓寬部分在不考慮舊橋橫向影響和考慮舊橋橫向影響的情況下主梁跨中截面的彎矩和撓度。

舊橋對計算結果的影響如表1所示。

表1 舊橋對計算結果的影響

由表1可知，主梁跨中截面彎矩，由偏載時的偏差從1號梁的2.8%減小到4號梁的23.7%，中載時，其偏差從1號梁的4.2%減小到4號梁的25.7%。考慮舊橋影響時，主梁彎矩均是減小的，并且距離舊橋越近，偏差越大，內力減小越明顯。因此，舊橋梁對新加寬橋梁的受力和變形方面具有明顯影響，越靠近舊有橋梁的梁片，其影響越明顯，說明在進行拓寬部分橋梁的有限元模型分析時，需要考慮舊橋的影響。

3 靜載試驗方案

3.1 試驗工況確定

為評價拓寬改造后結構的承載能力和工作性能，對該橋進行了靜載試驗，主要測試拓寬部分在試驗荷載作用下各梁跨中應變和撓度，用于評價橋梁結構的實際承載能力，評價橋梁加寬改造效果。

按照梁格理論采用空間梁單元建立了橋跨結構空間有限元分析模型，橋梁截面尺寸根據設計圖紙給定的尺寸確定，材料強度按設計資料及規范取用。

根據規范[1]確定了兩種加載工況，工況1為跨中最大正彎矩偏載加載，工況2為跨中最大正彎矩中載加載。

按照按內力等效原則，采用3輛總重300 kN（60 kN+120 kN+120 kN）的3軸自卸車模擬集中荷載進行等效加載。

各工況加載效率如表2所示。

表2 靜載試驗加載效率

由表2可知，加載效率系數滿足在0.95～1.05的規定，所擬定的加載工況和車輛布置方式加載有效。

3.2 測點布置

測試控制截面為主梁的跨中截面，在新拓寬部分控制截面（跨中）的4片梁底布置撓度測點和縱向應變測點，在各片梁梁端支撐線截面各布置1個撓度修正測點。

4 靜載試驗結果及分析

試驗過程中分3級進行加載，分別記錄了各工況在各級加載及卸載穩定后橋梁控制截面的撓度和應變，觀測新、舊梁體澆筑部位及主梁控制截面混凝土裂縫產生以及擴展的情況。分析實測數據和理論數據，計算變形的彈性值、相對殘余值和校驗系數。

4.1 撓度分析

最大試驗荷載作用下主梁最大撓度實測值為3.50 mm，計算跨徑為19.5 m，實測最大撓度/計算跨徑＝1/5 571，小于計算跨徑的1/600規定。說明結構在試驗荷載作用下，各片梁板的剛度滿足正常使用要求。

各工況下實測應變均小于理論應變，應變效驗系數分布在0.53～0.70，均小于1.0。實測應變的分布趨勢與理論計算值的分布趨勢基本一致，撓度測試值變化規律與理論值吻合良好。試驗荷載作用下，各片梁板的應變相對殘余變形較小，相對殘余撓度的最大值為6.8%（工況1），小于20%的規定。撓度測試結果說明橋跨結構整體變形狀況良好，結構靜力剛度滿足設計要求，橋梁結構處于線彈性工作狀態。

各片梁板撓度測試結果即計算分析如表3所示。

表3 各片梁板的撓度測試結果及計算分析

4.2 應變分析

各工況下實測應變均小于理論應變，應變效驗系數分布在0.63～0.74之間，均小于1.0；實測應變的分布趨勢與理論計算值的分布趨勢基本一致，應變在橫橋向分布較均勻；試驗荷載作用下，各片梁板的應變相對殘余變形較小，殘余比最大值為6.9%（工況2），小于20%的規定。應變測試結果說明結構在試驗荷載作用下處于線彈性工作狀態，有一定的結構安全儲備，結構安全。

4.3 裂縫觀測

在各個工況試驗荷載的作用下，新、舊梁體澆筑部位及梁體混凝土均未出現可視裂縫，表明梁抗裂性能基本滿足設計要求。

5 結語

本文研究了拓寬橋梁舊部分對新建部分內力及變形性能的影響以及現場靜載試驗。舊橋梁對新加寬橋梁的受力和變形方面具有明顯影響，越靠近舊橋梁的梁片，其影響越明顯，說明進行拓寬部分橋梁有限元模型分析時，需要考慮舊橋梁的影響。通過荷載試驗表明，新拓寬橋梁的實際承載能力、整體變形性能和抗裂性能滿足設計和規范要求。