某大跨连续梁桥的静载试验研究

陈青华 金永妙

0 引言

静载试验是目前用以评定桥梁结构承载力的有效方法之一。静力荷载试验主要测试并分析静载工况下控制截面和典型位置的挠度和应力及裂缝状况,从而得到了桥梁实际应力分布、变形等参数,并与理论计算进行对比分析,对桥梁结构的实际性能做出评价,使其为工程竣工验收提供现场实测依据[1-3]。

1 工程概况

某颖河大桥主桥为预应力混凝土连续梁结构,全长(70.5+116+70.5)m。梁高按二次抛物线变化。在支点处梁高6.6 m,跨中梁高2.5 m。采用封闭箱形断面,截面为单箱双室,箱宽18.5 m;主梁顶板厚度30cm,底板厚度28cm～90cm,腹板厚度50cm～75cm。梁体两侧均设3.5 m的大悬臂,悬臂板厚20cm～60cm,桥面板设横向预应力束。设计荷载:城市—A级。

2 静载试验加载方案设计

静载试验加载方案包括试验加载截面布置与加载荷载的确定,其主要内容为测试桥梁典型截面在静荷载作用下的挠度、截面应力以及主要构件受力状况。通过观测该桥在静力荷载作用下的挠度及应力,来确定桥跨结构的实际工作状态与理论设计是否相符,以此来评定桥梁的承载能力。

2.1 截面与测点布置

根据桥梁分析专用程序,计算确定桥跨结构在设计荷载作用下产生最大内力的截面和最大变形位置的截面,考虑到结构的对称性,选择主桥边跨、中跨作为测试跨,如图 1,图2所示。

2.2 试验荷载方式

依据有关规范及文献[4],静力试验荷载采用载重汽车进行等效加载,其相应加载车辆的数量及位置应使该检验项目的荷载效率系数η满足0.80≤η≤1.05。本试验荷载采用重量为40 t的载重车辆4辆,重量为35 t的载重车辆8辆,共计12辆。

表1 试验荷载效率

由表1可以看出,本试验各检验项目的荷载效率均满足0.80≤η≤1.05,说明试验加载是充分有效的。

试验按3个加载工况进行桥梁结构的静荷载试验,车辆及布载方案[5-7]如下:工况 1—主桥中跨跨中(3—3截面)最大正弯矩对称加载;工况 2—主桥边跨(1—1截面)最大正弯矩对称加载;工况3—主桥 P16中墩支点(2—2截面)最大负弯矩加载。

3 静载试验结果分析

校验系数η是反映静荷载试验数据有效性及结构受力合理性的一个重要参数,它是某一测点实测值与相应理论计算值的比值,实测值由试验观测所得,理论值由有限元软件模拟得到。

3.1 应力试验结果

应力测试结果可根据应力校验系数确定,它是评价桥梁结构强度及承载能力特性的重要参数。根据文献[4]正常预应力混凝土桥梁的应力校验系数一般在0.60≤ηw≤0.90之间,本次应力试验结果见表2。

表2 应变实测值和计算值一览表

由试验结果可以看出,结构的混凝土强度总体符合设计要求,桥梁荷载—应力表现正常,桥跨结构满足设计荷载对其承载能力的要求[8]。

3.2 挠度试验结果

挠度测试结果的好坏可根据挠度校验系数确定,根据文献[2]可得预应力混凝土连续梁桥的挠度系数一般在0.70≤η≤1.00之间,本次挠度试验结果见表 3。

由试验结果可以看出,各工况荷载试验作用下相应控制截面的挠度实测数据均小于相应的理论计算值,主要测试截面的结构挠度校验系数介于0.74～0.89之间,变形处于小变形(弹性变形)范围之内,最大竖向位移与跨度比均小于JTJ 023-85公路钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土桥涵设计规范规定的1/600。桥梁整体性较好,桥梁荷载—变形表现正常,实际结构的混凝土施工合理,质量可靠,结构整体受力性能良好。

表3 挠度实测值和计算值一览表

4 结语

本次静载试验反映了颖河大桥桥跨结构在标准荷载作用下的受力性能。通过该次荷载试验和数据的结果分析,从构件承受静荷载作用下的挠度、应变等数据出发,可以得到:1)桥跨结构在静载作用下的变形特征和应力分布正常,桥跨结构的整体刚度良好,并具备一定的安全储备;2)试验结果表明,结构在正常使用荷载作用下的实际受力状态与结构的理论计算极为吻合,结构处于良好的弹性工作状态;3)静载试验是评定桥梁结构承载力的有效方法。

[1] 中华人民共和国交通部,大跨度钢筋混凝土桥梁的试验方法[S].

[2] JTG D60-2004,公路桥涵设计通用规范[S].

[3] 胡大琳.桥涵工程试验检测技术[M].北京:人民交通出版社,2000.

[4] JTJ 023282,大跨径混凝土桥梁试验方法[S].

[5] 交通部公路科学研究所,公路桥梁承载能力检测评定规程:报批稿[S].

[6] 谌润水,胡钊芳.公路桥梁荷载试验[M].北京:人民交通出版社,2003.

[7] 陈丕东,李 伟.预应力混凝土连续箱梁桥的静、动载试验研究[J].华北科技学院学报,2009(2):44-47.

[8] GB 50010-2002,混凝土结构设计规范[S].