高速公路等截面多跨連續梁橋極限承載力試驗研究

摘要 為提高梁橋穩定性測試效果，文章在等截面多跨的背景下開展公路橋梁的極限承載力測定研究。首先，部署對應的加載處理條件，分析不同工況，明確具體的極限承載測試標準；然后，通過對比多跨的最大正彎矩和殘余應力，分析其在極限狀態下的承載情況。測試結果表明，6個測點最終的承載值均可達到10t/m2以上，說明此次選定的H高速公路在可控的加載范圍內，重量、加載受力面積及橋梁多跨的最大正彎矩比均成正向關系，測試結果較好。

關鍵詞 高速公路；等截面；多跨連續梁橋；極限承載；承載力計算；橋梁設計

中圖分類號 TU399 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）03-0131-03

0 引言

在現代社會中，交通網絡的完善是經濟水平的重要標尺。高速公路作為城市間的紐帶，其連續梁橋因跨越遠、影響小而廣泛采用。該類橋梁的內部穩定性和安全性是保障交通順暢的核心[1]。多跨連續梁橋作為常見類型，其極限承載力評估尤為重要，關乎橋梁安全壽命。然而，承載力計算復雜且受材料變異、施工誤差等不可控因素的影響[2]。在該背景下，該文針對高速公路等截面多跨連續梁橋進行極限承載力的試驗研究，通過科學方法結合工程實際，深入分析支撐結構與點位，判斷疲勞、裂縫等損傷，以精確評估承載力，為橋梁安全評估與加固設計等提供堅實依據。

1 工程情況及實驗準備

當前主要是對H區域的高速公路多跨連續橋梁極限承載力進行計算與分析。主橋橋長設置為165 m，橋寬為6.5 m，其中分隔帶寬度為0.65 m。為確保最終測試結果的真實可靠，采用20 m+3×30 m+3×20 m的方式進行主橋設計，周圍設定8跨簡支T梁橋，為更好地保證建設的穩定，還需要建設15～20 m的鋼筋混凝土內部支撐結構[3]。具體的結構圖見圖1所示：

圖1主要是對H區域高速公路多跨連續橋梁結構的設計與分析。該橋梁采用階段式建設，所以各區域的承載力必須保持一致才能確保荷載效果[4]。預設橋梁設計荷載為汽-20級、掛-100，并增設橋墩進行過渡支撐，實現基礎的穩定環境[5]。在此基礎上，應明確該橋梁的覆蓋范圍，并在每一個跨度區域設置監測節點，節點之間互相搭接，形成循環式的監測環境[6]。準備測試所用的車輛、承載檢測裝置及測試輔助平臺等，完成對基礎測試的準備工作。

2 實驗方法與過程

結合上述的測定與驗證，標定出當前的主梁，開展測試。此次測試內容主要包括試驗荷載、梁體撓度、極限承載力、橋面板裂縫等。針對梁體的最大應變分布情況，使用DH3816N靜態應變綜合測試儀采集信息，并進行匯總整合，以待后續使用。

首先對主梁的撓度進行測定計算，其計算公式如下：

（1）

式（1）中，H——主梁的撓度（m）；λ——受力范圍（m2）；U——受力點位；D——重疊位置（m）；ρ——基礎荷載值（kN）。結合當前測定，實現對主梁的撓度的測算。

然后采用靜載的方式完成梁體承載能力的測定，選擇汽-20級、掛-100作為測試輔助，依據主梁撓度完成主梁變測點的布設，確定荷載效率系數為0.85～1.25[7]。選定4個基礎工況，具體見表1所示：

表1主要是對測試基礎工況環境的設定。在此基礎上，針對不同的工況條件，進行測試荷載條件的設定。按荷載等效的原則進行布載和處理，設定試驗加載單車的總重為545 kN，共設置２輛。需要注意的是，在進行試驗前，應對現場稱重，并結合當前的要求增加加載車輛的軸重，軸重稱重誤差應控制在±3.2 kN。測定環境設置情況如圖2所示：

基于此，還需要調整測試的指標和數值，具體見表2所示：

表2主要是對測試數值與參數的設置，至此基本實現對測試環境與參照物的設定。以此為基礎，設置3個加載階段，分別如下：

（1）加載階段一：首先使用測試車輛1進行加載。根據橋梁的跨度和預定的測試點位置，精準地確定測試車輛1的初始停放位置，其初始試驗內力為623.52 kN·m；然后嚴格控制測試車輛1的停放位置，確保精準達到約850.24 kN·m的試驗內力。

（2）加載階段二：在加載階段一的基礎上，增加測試車輛2進行聯合加載。根據前一階段的測試結果，精細調整兩輛測試車輛的停放位置，使試驗內力逐漸逼近1 099.27 kN·m；通過精確控制兩輛測試車輛的分布，逐步增加內力，同時持續監測橋梁的撓度和變位情況，確保測試的安全性和準確性。

（3）加載階段三：繼續使用測試車輛1和測試車輛2進行加載。選擇在橋梁跨中的關鍵位置進行單點的集中加載，以模擬極端的荷載情況；精準控制兩輛測試車輛的加載，確保試驗內力達到預定的1 250.24 kN·m左右，同時高度關注橋梁結構的響應，以全面評估其承載能力。

以上述為基礎，測試不同工況下的彎矩布載情況。此時，車輛在選定的區段中行駛時，測算出多跨的最大正彎矩，其計算公式如下：

（2）

式（2）中，Q——多跨最大正彎矩（kN·m）；κ——預設荷載值（kN）；——偏載值（kN）；λ——截面面積（m2）；r——加載值（kN）。針對各個區段得出的多跨最大正彎矩，判定分析此時橋梁承載的偏載狀態，并對該區域做出標定。隨后，在等截面的范圍內，對當前的橋梁布載狀態進行分析，車輛將以不同的重量在橋面上行駛，測定其運行時的橋梁受力狀態，判定分析對應的應力變化，同時計算殘余應力，公式如下：

（3）

式（3）中，——殘余應力（MPa）；λ——截面重點受力區域（MPa）；?——正彎矩差（kN·m）；n——預設的受力點位，δ——重復荷載位置。結合當前測定，對各個橋梁區段的殘余應力、多跨最大正彎矩進行組合判定，分析極限受力狀態下橋梁自身的基礎承載情況。在此基礎上，根據基礎的承載狀態預設對應的極限標準和測試條件，見表3所示：

表3主要是對極限狀態下等截面連續梁橋承載條件數值的設定。接下來，針對等截面的覆蓋范圍，進行受力點的調整。這部分主要隨機設定6個不同的測點，每個測點的位置及受力的區域均重疊，這樣可以確保測試結果的真實可靠。接下來，在梁體不同測點上布置若干典型截面的電阻應變片，量測UHPC頂底面應變和層應變、鋼梁上下翼緣應變、腹板應變及縱向鋼筋應變，測點分析極限狀態下的荷載情況，計算此時的荷載比，公式如下：

（4）

式（4）中，——荷載情況（kN）；π——受力值（MPa）；——受力單元截面；B——受力點；——校驗系數。結合當前測定，荷載比的差異主要表明當前受力面積是否處于均衡狀態，測定各工區區段的荷載比在6.5以上時，計算所選定測點的承載力，其計算公式如下：

（5）

式（5）中，C——承載值（kN）；G——核心受力范圍（m2）；——重疊受力范圍（m2）；μ——核心承載點；ψ——應力變化比（MPa）。結合上述測定分析，對得出的數據與結果進行對比驗證。

3 實驗結果分析

首先分析高速公路多跨連續梁橋加載全過程的荷載與跨中位移的變化情況，其曲線如圖3所示：

從圖3可以看出，跨中荷載-位移曲線存在2個較為明顯的特征點，開裂點（A）和縱向鋼筋屈服點（B）。因此，可將整個試驗過程大致分為3個階段，具體分析如下：（1）線彈性階段：試驗初期，試驗梁跨中位移隨荷載成線性增長，荷載-位移曲線的斜率較大，結構剛度基本無變化，試驗梁處于線彈性受力階段。（2）裂縫開展階段：當試驗荷載達到850.24 kN·m時，跨中區域UHPC橋面板上緣出現寬度為0.04 mm的裂縫；繼續加載，試驗梁結構剛度有一定程度的降低，UHPC橋面板的上緣跨中向梁端產生更多裂縫，裂縫寬度增長較為緩慢，最大裂縫寬度不超過0.24 mm。（3）屈服階段：當荷載達到1 099.27 kN·m后，荷載-位移曲線出現轉折點，斜率大幅降低，說明縱向鋼筋達到屈服，試驗梁進入屈服階段，跨中區域的主裂縫發展迅速，梁體撓度不斷增加；荷載增加至1 250.24 kN·m時，UHPC中鋼纖維被拔出，加載點處鋼梁的上翼緣受拉屈服、下翼緣及腹板受壓屈服，結構失效。

然后，結合實際的極限承載力檢測進行分析，在3個不同的加載階段得出最終的測試結果，見表4所示：

表4主要是對測試結果的分析，在選定的6個測點中，經過3個加載階段，最終得出的承載值均可以達到10 t/m2以上。

4 討論

依據上述的測評進行多角度進行分析，并對最終的橋梁極限承載力進行對比研究，結果如下：此次選定的H高速公路，在可控的加載范圍內，重量越大，加載受力面積越大，橋梁的多跨最大正彎矩比也隨之增加，承載力較高；反之，在可控的加載范圍內，重量越小，加載受力面積越小，橋梁的多跨最大正彎矩比也隨之降低，承載力較小，基本成正向的承載變化關系，可控性較強。

5 結束語

綜上所述，該文對高速公路等截面多跨連續梁橋極限承載力試驗進行深入研究和精細操作。針對當前的建設要求，設計更加靈活、多變的極限承載模式，在設計過程中充分考慮橋梁結構在多種荷載作用下的響應特征，并采用科學的方法模擬實際的受力情況。在不同的施工條件下，對內部結構進行多點位的分析驗證，計算處于極限狀態下的承載力，進一步滿足高速公路的運營需求，共同推動橋梁工程領域的發展。

參考文獻

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收稿日期：2024-07-26

作者簡介：邱偉挺（1989—），男，本科，工程師，研究方向：公路工程。