通過工程車加載進行單梁荷載試驗的研究

藍浩浩,朱子齊

（浙江浙交檢測技術有限公司,浙江 杭州 310000）

0 引言

梁板作為橋梁上部結構的主要承重構件，其質量在很大程度上決定了橋梁的質量。單梁荷載試驗通常作為一種有效手段，用來判斷梁板剛度強度是否滿足設計要求，確保工程質量安全可靠。該文通過對常規加載方式進行對比分析[1-5]，在對實施荷載試驗橋梁加載環境研究的基礎上，提出了利用成橋荷載試驗中常用的工程車輛進行加載，并從荷載試驗梁板中選取1～7#、1～8#梁的試驗數據，通過分析，說明該加載方式的可行性及優勢。

1 工程概況

五木中橋位于麗水生態產業集聚區松陽赤壽至卯山公路工程（源口至上五木段），中心樁號K14+203，右偏角120°，橋長54.04 m，橋寬18.5 m；跨徑布置：3×16 m；橋梁橫斷面布置：0.5 m 防撞護欄+17.5 m 機動車道+0.5 m 防撞護欄=18.5 m，每跨布置14 塊空心板。上部結構采用預應力混凝土空心板，先簡支后連續；下部結構采用柱式墩，墩臺采用樁基礎；雙向兩車道二級公路技術標準設計，設計速度60 km/h，荷載等級：公路Ⅰ級。預應力混凝土空心板采用C50 混凝土；橋面鋪裝調平層采用C50 混凝土，瀝青混凝土結構層：4 cm AC-13C 細粒式SES 改性瀝青混凝土+6 cmAC-20C 中粒式瀝青混凝土；預應力鋼絞線：采用《預應力混凝土鋼絞線》（GB/T 5 224—2014）標準的高強度低松弛鋼絞線，直徑為15.2 mm，面積為A=140 mm2，抗拉強度標準值f=1 860 MPa。實施荷載試驗時五木中橋的梁板均已架設完成，但尚未澆筑濕接縫。

2 加載方式比選

橋梁靜載試驗是將靜荷載作用在橋梁指定位置，然后對橋梁結構的位移、應變等參數進行測試，從而對橋梁結構在荷載作用下的工作狀態和使用能力做出評價。對于單梁荷載試驗常規的加載方式主要有袋裝水泥或砂袋堆載、鋼絞線或鋼筋堆載、單點集中力（梁壓梁方式）、單點集中力（簡易反力架方式）等加載方式。針對該次單梁荷載試驗加載環境，常規加載方式不能很好滿足試驗要求，具體分析如下：

（1）袋裝水泥或砂袋堆載，加載速度較慢、效率較低。該項目試驗板數量較多，無法滿足工期要求，同時砂袋還存在稱量煩瑣的問題。

（2）鋼絞線或鋼筋堆載，橋址附近，地形復雜。不利用吊裝工作展開，并且施工單位無法提大量鋼絞線或鋼筋等材料用于堆載。

（3）單點集中力（梁壓梁方式），橋址地形復雜，無龍門架。采用吊機進行梁壓梁，成本較高，且安全性無法保障。

（4）單點集中力（簡易反力架方式），該橋梁板絞縫尚未施工，對于中板可采用相鄰兩塊板作為平衡重，利用扁擔梁進行加載。但配重梁板受力位置位于跨中，使得加載時受力與設計負載反向，可能造成梁體損傷。同時，對于邊板無法使用該加載方式。

考慮兩座橋梁的梁板均已架設完成，橋面整體有一定的通行條件，并對梁板構造尺寸進行測量確認，工程車兩邊輪胎外側邊緣距離240 cm，而該項目中兩塊中板頂緣兩側邊緣距離為229 cm，略小于車輛輪胎外側邊緣距，輪胎兩側略懸空5～6 cm，而梁板鉸縫上口寬度為21 cm，因此懸出的輪胎部分并不會加載至其他板上，可以利用成橋荷載試驗中常用的工程車輛進行加載。

3 試驗方案

3.1 模型計算

利用Midas Civil 建立全橋空間桿系分析模型，模擬從梁板架設到成橋的全部施工過程。為了貼近橋梁運營中梁板實際工作狀態，計算荷載主要考慮汽車荷載、二期鋪裝、預應力及混凝土收縮徐變等，其中汽車荷載采用公路Ⅰ級，雙車道，沖擊系數為0.334。

該次試驗梁跨中截面作為控制截面，加載工況為控制截面最大正彎矩，計算控制彎矩值為615.7 kN·m。

3.2 加載方式

采用工程車加載，加載車配重采用宕渣料，要求材料均勻，不允許混入大石塊，同時要求車廂內裝料均勻，保證兩側輪胎均勻受力，宕渣料要求雨布覆蓋，防止山間短時強降雨，引起車輛配重改變。

車輛前中軸間距440 cm，中后軸間距135 cm，輪距190 cm，中后軸重339.2 kN，前軸重81.7 kN，總重420.9 kN。分四級逐級加載至最大荷載，然后一次卸載至零荷載，通過改變加載車位置進行分級，第一級加載車左后輪距0#臺1 199 cm，第二級加載車左后輪距0#臺1 119 cm，第三級加載車左后輪距0#臺829 cm，第四級加載車左后輪距0#臺639 cm，每級加載持荷15 min 以上，待數據完全穩定后再進行記錄，最終加載布置示意圖見圖1，各級加載效率和加載彎矩見表1，加載效率1.03，介于0.85～1.05 之間，滿足《公路橋梁荷載試驗規程》（JTG/T J21-01—2015）對靜載試驗加載效率的要求。

圖1 第四級加載布置示意圖（cm）

表1 各級加載效率匯總表

3.3 測點布置

采用電子位移計進行撓度測試，在試驗空心板底部1-1 截面和支點處布設位移測點，測定豎向撓度值、支點沉降，測點布設見圖2。同時為檢測加載過程相鄰空心板是否會參與受力，在相鄰板跨中布置電子位移計測試是否有明顯位移產生。

圖2 撓度測點布置圖

采用振弦式應變傳感器及磁霍爾效應變傳感器進行應變測試，在試驗空心板跨中截面上、中、下緣布設測點，測定混凝土表面應力（應變），測點布設見圖3。同時在相鄰板跨中布置應變計測試加載過程相鄰空心板是否會參與受力。

圖3 應變測點橫向布置圖

4 試驗結果與分析

1～6#、1～9#梁加載過程中板底應變測試結果見表2，應變值很小，表明在相鄰梁板存在密貼的情況，相鄰板并未參與協同受力。如圖4～5 所示，車輪下兩塊梁板的受力無明顯差異，說明車輛兩側輪胎均勻受力；撓度與應變增長與理論接近，說明整個加載符合預期。空心板在加載過程中，整體穩定。

圖4 1～7#、1～8#梁撓度增長曲線

圖5 1～7#、1～8#梁應變增長曲線

表2 1～6 #、1～9 #梁應變測試結果

5 工程車加載的優勢

5.1 效率優勢

當梁板架設完成后，還要求進行單梁靜載試驗時，多是對質量有懷疑的情況，此時對檢測時間的要求均較高。若采用常規堆載方式，工作效率較低，無法較好地滿足檢測時間的要求。如現場條件允許，采用工程車輛進行加載，可在保障檢測質量的前提下實現對梁板的快速加載，及時為委托方提供檢測結果。

5.2 經濟效應

采用堆載或反力架方式進行加載，準備工作量大，加卸載周期長。相比這些常規的單梁加載方式，采用工程車加載投入人力和設備明顯更少，可以有效降低試驗成本。

6 結論

該文通過用工程車的加載方式進行單梁試驗，結果表明：

（1）相鄰梁板存在密貼，但未澆筑鉸縫的情況下，相鄰梁板間不發生協同受力的情況。工程車車輪加載下兩塊梁板的受力也無明顯差異，車輛兩側輪胎均勻受力。空心板在加載過程中，整體穩定。因此該加載方式有效，可滿足梁板加載的要求。

（2）當梁板架設后，但未澆筑鉸縫的情況下，采用工程車的加載方式進行單梁試驗，相比常規的加載方式，可以明顯地提高現場試驗效率，降低試驗成本。