預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁彎橋荷載試驗(yàn)分析

陳錫波

（貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

橋梁作為城市交通的重要要素構(gòu)成，為適應(yīng)橋梁造型美感、橋梁與周圍建筑物、構(gòu)筑物協(xié)調(diào)性要求，彎橋不斷應(yīng)用于城市橋梁工程。相較于常規(guī)直橋結(jié)構(gòu)，彎橋可有效適應(yīng)城市線路整體走向，保證城市交通線路通行能力、通行效率[1-4]。但由于橋體線形、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)受力作用下發(fā)生輕微翹曲和扭轉(zhuǎn)變形，在荷載作用下，都會(huì)承受一定彎矩和扭矩作用，且兩種作用之間存在相互影響，使梁體長(zhǎng)期承受彎扭耦合作用[5-6]。基于此，該文以實(shí)體工程為依托，利用荷載試驗(yàn)分析預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁彎橋受力特性，對(duì)保證橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定具有重要意義。

1 工程概況

某橋梁為城市橋梁，全長(zhǎng)3×30=90.0 m，寬25 m，橋位處線路位于半徑R=500 m 道路曲線及緩和曲線，故采用彎橋結(jié)構(gòu)適應(yīng)線路整體走向。橋址處地勢(shì)整體平坦，呈西南高、東北低緩傾斜。

橋梁上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力箱梁結(jié)構(gòu)，主梁采用單箱四室斷面，外腹板與頂板間設(shè)置半徑3.5 m 圓弧過渡，與底板間設(shè)置0.6 m 的圓弧倒角。端橫梁、中橫梁厚度分別為1.5 m、2.8 m。邊緣翼緣長(zhǎng)度隨線路線形、寬度變化相應(yīng)調(diào)整。梁體采用C50 混凝土，按A 類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)，荷載采用城市-A 級(jí)。

2 靜載試驗(yàn)

為驗(yàn)證橋梁在最不利工況下受力性能可靠性，在現(xiàn)場(chǎng)考察的基礎(chǔ)上，優(yōu)先選擇施工階段存在瑕疵、結(jié)構(gòu)受力最不利、結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況相對(duì)較差結(jié)構(gòu)部位開展靜載試驗(yàn)。為便于靜載試驗(yàn)開展，對(duì)擬定上述不利工況橋跨結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步剔除，找出便于施加荷載、布設(shè)測(cè)點(diǎn)橋跨為最終試驗(yàn)跨。為保證橋梁受力結(jié)構(gòu)分析可靠性及適用性，選擇當(dāng)前最為廣泛的Midas/Civil 有限元分析軟件，對(duì)橋梁進(jìn)行靜力理論計(jì)算[7]。橋梁靜載試驗(yàn)表見表1。

表1 橋梁試驗(yàn)表

2.1 有限元分析

在Midas/civil 軟件中，建立試驗(yàn)梁模型，見圖1。按城市-A 級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)，分析橋梁荷載效應(yīng)，橋梁活載彎矩效應(yīng)圖見圖1。

圖1 活載彎矩效應(yīng)圖（單位：kN·m）

2.2 試驗(yàn)荷載

靜載試驗(yàn)應(yīng)以保證結(jié)構(gòu)安全為前提，嚴(yán)格控制施載位置及載荷大小，一般靜載試驗(yàn)效率系數(shù):

式中，ηq——靜載試驗(yàn)荷載效率系數(shù)；Ss——試驗(yàn)荷載作用下，測(cè)試位置最大變位；S′——設(shè)計(jì)荷載作用下，測(cè)試位置最大變位；μ——設(shè)計(jì)取用的動(dòng)力系數(shù)。

由于橋梁在荷載效應(yīng)下，容易引起結(jié)構(gòu)破壞，為保證橋梁結(jié)構(gòu)整體性能，選擇邊跨及中跨最大正彎矩偏載、中載測(cè)試工況為研究重點(diǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能展開研究，見表2。

表2 活載彎矩效應(yīng)表 /kN.m

2.3 測(cè)點(diǎn)布置

（1）試驗(yàn)儀器。應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試選用振弦式應(yīng)變計(jì)；撓度測(cè)試選用精密水準(zhǔn)儀和百分表。

（2）應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試。為準(zhǔn)確測(cè)定箱梁跨中梁底各節(jié)點(diǎn)應(yīng)變情況，在底板、腹板與底板和頂板交界處各設(shè)置2個(gè)測(cè)點(diǎn)。

（3）撓度測(cè)試。為準(zhǔn)確測(cè)定橋跨箱梁各節(jié)點(diǎn)撓度應(yīng)變情況，將豎向撓度測(cè)點(diǎn)設(shè)置在各箱梁中心線和兩個(gè)支座斷面位置[9]。

2.4 測(cè)試規(guī)則

該次試驗(yàn)采用加載車加載，單車標(biāo)準(zhǔn)荷載約450 kN，擬分三級(jí)加載，每一級(jí)加載梯度為兩輛，共需6 臺(tái)加載車。

（1）靜力加載持續(xù)時(shí)間：由測(cè)點(diǎn)處結(jié)構(gòu)達(dá)到最大應(yīng)變且保持穩(wěn)定所用時(shí)長(zhǎng)決定，實(shí)際測(cè)試中應(yīng)在15 min 以上。

（2）終止加載條件：1）因加載超載造成結(jié)構(gòu)破壞，影響結(jié)構(gòu)安全，如結(jié)構(gòu)出現(xiàn)多處開裂且寬度超出允許值，或引起原結(jié)構(gòu)裂縫急劇發(fā)育，裂縫長(zhǎng)度、寬度明顯增加；2）加載超時(shí)或引起橋梁其他破壞。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

通過整理分析現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)所測(cè)得的各應(yīng)力應(yīng)變測(cè)點(diǎn)、撓度測(cè)點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)，可得到各工況下結(jié)構(gòu)應(yīng)變、撓度變化情況。在最不利荷載效應(yīng)下，梁體整體結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)應(yīng)變性能與理論應(yīng)變性能對(duì)比見圖2；梁體整體結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)撓度數(shù)據(jù)與理論值對(duì)比見圖3。

圖2 最不利應(yīng)變梁體測(cè)試結(jié)果對(duì)比圖

圖3 連續(xù)梁撓度測(cè)試結(jié)果對(duì)比圖

（1）由圖3 可知：1）試驗(yàn)橋跨結(jié)構(gòu)應(yīng)變理論值、實(shí)測(cè)值變化趨勢(shì)基本吻合；2）在不同受力工況下，各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變隨加載增加而增大，基本呈線性發(fā)展；3）工況1 為結(jié)構(gòu)最不利受力狀態(tài)，此時(shí)1#梁3-4 號(hào)測(cè)點(diǎn)處出現(xiàn)最大應(yīng)變，實(shí)測(cè)值為148 με，理論值應(yīng)變值為187 με。

（2）由圖4 可知：1）試驗(yàn)橋跨結(jié)構(gòu)撓度變化理論值、實(shí)測(cè)值變化趨勢(shì)基本吻合；2）在不同受力工況下，各測(cè)點(diǎn)撓度變化隨荷載增加而增大，基本呈線性發(fā)展。

（3）綜合圖3、4 及以上分析可知：1）橋梁邊跨受偏載工況為最不利受力狀態(tài)，邊跨跨中在偏載作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)、撓度校驗(yàn)系數(shù)分別為0.780、0.739，均小于1，表明結(jié)構(gòu)受力特性良好，承載力符合設(shè)計(jì)要求；2）結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)變與加載應(yīng)變之比最大值為0.139，殘余撓度與加載撓度之比最大值為0.111，均小于0.2，表明結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)加載工況下未發(fā)生明顯破壞，回彈性能良好。

4 結(jié)論

該文依托具體工程，運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和有限元分析的方法，研究了預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆彎橋受力特性，結(jié)論如下：

（1）在不同加載作用下，測(cè)點(diǎn)處實(shí)測(cè)應(yīng)變、撓度均隨加載增加而線性增加，且結(jié)構(gòu)應(yīng)變、撓度理論值、實(shí)測(cè)值變化趨勢(shì)基本一致，表明理論分析結(jié)果較為可靠，可為結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

（2）試驗(yàn)橋跨最不利受力狀態(tài)為邊跨跨中偏載作用工況，此時(shí)最大應(yīng)變出現(xiàn)在1#梁3-4 號(hào)測(cè)點(diǎn)處，實(shí)測(cè)值為148 με；最大撓度出現(xiàn)在橋梁1/2 跨中位置，實(shí)測(cè)值為11.648 mm，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)、撓度校驗(yàn)系數(shù)分別為0.780、0.739，均小于0.8，表明橋梁結(jié)構(gòu)受力特性、安全性能良好。

（3）試驗(yàn)橋跨在最不利工況下，結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)變與加載應(yīng)變之比、殘余撓度與加載撓度之比最大值均小于0.2，表明橋梁在此工況下結(jié)構(gòu)仍為彈性受力狀態(tài)，結(jié)構(gòu)回彈性能良好。