高速公路T梁橋承載能力試驗研究

趙柏冬，張 晗，郭東升，褚博琦

(1.沈陽大學，遼寧 沈陽 110044;2.遼寧交通規劃設計院有限責任公司，遼寧 沈陽 110005)

0 引 言

T型梁橋截面可以充分發揮混凝土和鋼筋的性能，較為輕便，提高承載力且T型梁容易實現預制拼裝，施工工期短，施工成本低，因此簡支T型梁在廣泛應用于我國的公路建設之中。但隨著T型橋梁使用時間的不斷增加，這種結構形式發生各種不同的病害，其自身承載能力也隨之下降。隨著現代的路橋行車荷載不斷提升，服役時間較長的簡支T梁橋已經不足以適應現代車輛荷載的要求。對承載力不達標的T梁采取拆除重建從技術和經濟層面都是不可取的。合理的方法是測定橋梁實際承載能力，根據橋梁實際的承載能力，采取維修、加固、拆除重建等一系列措施。荷載試驗檢測能夠直接有效的掌握T梁的實際承載狀態，分析得出橋梁結構的各項性能指標，對橋梁進行針對性的加固。

1 工程概況

釣魚臺大橋建成于1996年。跨徑布置為3 m×30.0 m+4 m×30.0 m+3×(5 m×30.0 m)+16 m×30.0 m。橋梁全長為1 162.98 m，交角為90°。橋梁的橋面凈寬度為10.25 m，橋梁內外側均設防撞墻，寬度為0.45 m。上部結構為簡支預應力混凝土T形組合梁，每孔共6片梁，梁頂現澆12 cm C50混凝土，橋面鋪裝使用5 cm瀝青混凝土。該橋T型組合梁簡支端均裝配四氟滑板支座。

2 建立模型

查詢圖紙采用橋梁通用分析軟件MIDAS/Civil，計算單元選用空間梁單元，橋梁的上部結構使用C50混凝土。使用MIDAS/Civil導出各控制斷面內力影響線，根據影響線加載原理，使用工況優化、合并得到最優的加載試驗方案。計算模型見圖1。

圖1 計算模型圖

3 靜載試驗

3.1 試驗原理

對橋跨進行承載力檢測最直觀最好用的方法就是橋梁靜載試驗研究，通過試驗可以核驗工程的施工質量和設計質量。在高速公路橋梁橋面上使用車輛荷載或其他外荷載在試驗位置上產生等效的力，測得實驗橋在外荷載作用下的應力，應變，撓度等數據，觀察裂縫開展情況，匯總校驗系數與殘余變形等數值，與有限元軟件計算出的理論數據結合，判斷橋梁實際承載力情況。

3.2 測試截面選擇

通過軟件計算得出橋梁結構的內力包絡圖結合橋梁結構的技術狀況等，按照橋梁結構的最不利受力原則確定橋梁的最大彎矩、撓度截面。根據分析確定B35-B35為控制截面。

圖2 簡支梁試驗測試截面示意圖(長度/mm)

3.3 測點布置

為了滿足后期結構計算需要同時提高試驗效率，參考橋梁結構分析模擬結果，完成對試驗荷載作用下的撓度、應變測點布置。測試截面位置選取見表1，撓度測點分布見圖3，應變測點分布見圖4，測試截面測點統計如下表所示。

表1 測試截面測點數量

圖3 撓度測點布置圖(長度/mm)

圖4 應變測點布置示意圖(長度/mm)

3.4 加載方式

此次試驗采用滿足設計要求的載重車輛加載，參考相關規范計算得出此次試驗的荷載效率η。為了準確描繪出橋梁結構的受力狀態，不影響試驗數據，避免實驗中使橋梁發生額外損害，采用逐級加載的方法進行加載試驗。每一級加載卸載要在上一級參數穩定后再繼續進行。試驗孔加載效率如表2所示。

表2 實驗梁試驗荷載值與荷載效率值

3.5 撓度結果分析

試驗得到橋梁測點處實際撓度值與軟件分析計算的撓度值見表3。

表3 撓度數值分析對比表

簡支梁工況下，試驗孔主梁相對殘余變形均低于10%，表明結構處于彈性工作狀態。

3.6 應變結果分析

試驗采用DH3812采集設備進行采集實驗梁B1～B6測點的應變，實驗測得的各測點應變值與理論模擬計算得到的應變值對照見表4。

表4 應變數值分析對比表

4 動載試驗

4.1 動載試驗原理

動載試驗是指橋跨在受到外界的環境荷載以及動力荷載激振的作用下促使橋梁受迫振動的現場試驗研究。動載試驗重點測定試驗橋跨自身的頻率，振型，加速度，沖擊系數等。實測數據通過動力特性試驗和動力響應試驗測試得出，在此過程中主要對橋梁受迫震動過程中的結構自振頻率及沖擊系數進行采集，從而得出目標橋跨在受到動力荷載作用下的性能狀況。

4.2 動力特性試驗

(1)試驗內容

此次動載試驗使用環境隨機激振法進行測試，測試橋梁上部結構豎向彎曲振動特性(頻率)。

(2)測點布置

此次試驗在被測梁中間位安裝一個拾振器進行測試。

(3)實驗數據分析

表5 上部結構自振頻率檢測結果

4.3 動力響應試驗

(1)測試截面

選擇目標橋跨簡支梁1#、2#梁底最大正彎矩截面為測試斷面。

(2)測試內容

在無阻滯橋面上，使一輛試驗加載車(總重量為37 t)分別以不同的速率勻速駛過橋面，測得橋梁各應變測點的時程曲線。

表6 動載試驗測試內容

(3)試驗數據

表7 沖擊系數結果表

5 結 語

通過對該簡支梁橋進行動靜載試驗，可以得出一些結論。

(1)本次荷載試驗對目標橋梁某一孔采取了靜力荷載試驗檢測，簡支梁靜載試驗效率為1.04，滿足規范要求。目標孔簡支梁跨中最大正彎矩控制斷面的重要測點的撓度和應變校驗系數<1，由此得出橋梁服役狀態良好。

(2)試驗荷載作用下，目標孔簡支梁控制截面的實測撓度和應變與其理論值線性相關，且實測相對殘余變形和相對殘余應變<20%，結構處于線彈性工作狀況。本次加載過程中均未產生新裂縫或結構裂縫超限且閉合狀況不良情況。

(3)試驗孔第一階自振頻率實測值大于理論值，實驗表明實驗孔橋梁的剛度良好，橋梁實際剛度大于理論剛度。試驗孔橋梁結構在車速10～60 km/h行車作用下沖擊系數實測值小于理論值，反應結構在各級車速行車作用下結構動力增大效應均小于理論狀況。