在役预应力箱梁承载能力试验研究

王建立

河南省邮政公司（450000）

0 引言

预应力混凝土箱梁桥是我国最常见的桥梁结构形式之一，随着交通建设的飞速发展，大量的预应力混凝土箱梁桥出现在了我国公路和城市道路网络之中[1]。对此，加强对在役预应力混凝土箱梁桥的承载能力检测评定，保证其健康、安全服役，保障人民生命财产的安全，以使其发挥最大效能的经济效益。所以，桥梁结构承载能力检测评定研究一直以来都是国际桥梁界的关注的热点问题。

在役预应力混凝土箱梁结构承载能力评定包括持久状况下承载能力极限状态和正常使用极限状态。承载能力极限状态针对的是结构或构件的截面强度和稳定性，正常使用极限状态主要针对结构或构件的刚度和抗裂性[2]。

1）配筋预应力混凝土箱梁承载能力极限状态，可依据检测结果按式1进行计算评定。

式中∶Z1—承载能力检验系数；ξe—承载能力恶化系数；ξc—配筋混凝土结构的截面折减系数；ξs—钢筋的截面折减系数。

2）配筋预应力混凝土箱梁正常使用极限状态，按公路桥涵设计规范及检测结果按式（2）～式（4）进行评定∶

1 预应力混凝土箱梁荷载试验

1.1 检测目的及内容

通过静载试验，测定结构的静力效应（静应变和静位移等），分析和评定该桥承载能力和安全性，了解结构的实际受力状况和工作状况，为日后桥梁运营、养护及管理提供科学依据。

根据外观检测结果，结合现场情况，经研究确定检测预应力混凝土箱梁控制截面（跨中截面、L/4截面）的应变、挠度及箱梁裂缝开展情况等内容。

1.2 测点布置及检测方法

依据试验目的和检测内容进行测点布置，预应力混凝土箱梁的挠度测点10个,应变测点36个，其测点具体布置如图1～图3所示∶

本次试验采用CM-2B应变仪自动采集、控制其试验数据，采用混凝土应变片测定其应变，量程为100 mm位移计测定其挠度,裂缝观测由光电裂缝读数仪观测监控配合人工监控。

1.3 试验加载方案

依据GB 50152-92[3]及参考文献，该在役预应力混凝土箱梁实际梁长29.58 m,计算跨径29.12 m，采用跨中1/2处截面加载,试验荷载由原设计单位提供，其加卸荷载等级分类见表1。

表1 试验加载等级分类

1.4 破坏准则

箱梁结构产生如下反应时，试验即终止∶①荷载达到预定的最大荷载时；②桥的变形（挠度、梁端转角）或应变超过允许限值（计算值）的105%时；③梁体出现超过允许宽度的裂缝时；④加载设备出现异常情况时；有可能发生安全问题时；⑤测试元件出现异常时；⑥出现其他影响试验继续正常进行的情况时。

2 试验结果对比

2.1 挠度试验结果对比分析

该预应力混凝土箱梁挠度的试验值、近似计算值如表2所示，其荷载挠度曲线如图4所示，L/2控制截面试验值与计算值的对比如图5所示，L/4、3L/4截面试验值与计算值对比如图6、图7所示。

对比表2、图4～图7可知，该箱梁在加载等级荷载作用下，试验梁荷载挠度曲线变化较为圆滑，试验值与计算值差别较小，主要结论有∶

①依据JTG D62-2004[4],当箱梁L/2跨加载力达到设计荷载时，跨中最大挠度ωmax=17.50 mm＜L/600=29120/600=48.5 mm,其试验值满足JTG D622004[1]国家规范的要求，刚度能够满足正常使用要求，安全储备较高；

②在试验过程中，没有发现梁体产生新裂缝，结构的残余变形也很小，由图5知，结构滞回曲线相对闭合，说明该预应力混凝土箱梁在设计荷载作用下，其工作性能处于弹性工作状态，其计算可按弹性理论计算方法计算。

③由图6、图7知，该预应力混凝土箱梁在加载等级荷载作用下，测点L/2、L/4、3L/4跨处的挠度离散性不大，其值在2.0%以内，说明该箱梁整性能较好，进一步验证JTG D62-2004[4]挠度计算公式的可行性；

表2 控制截面挠度试验值及近似计算值（mm）

2.2 L/2控制截面混凝土应变试验结果对比分析

该箱梁的混凝土应变试验值、近似计算值如表3所示,其L/2控制截面的混凝土应变沿截面高度变化如图8所示，试验值与计算值对比图如图9所示。

表3 控制截面混凝土应变试验值及近似计算值

1）由图8可知，混凝土应变沿梁截面高度变化较为均匀,可基本假定其变化规律符合线性变化，结合无损检测技术,说明箱梁材质满足规范JTJ/T21-2011[2]的要求。

2）由图9可知，预应力混凝土箱梁的混凝土应变（梁顶压应变、梁底拉应变）试验值小于计算值，其最大拉应变0.000 26远小于混凝土极限拉应变0.003 3，安全储备较高，其应力试验值满足JTG D62-2004[4]国家规范的要求。

2.3 裂缝

试验过程中没有发现裂缝出现，说明该预应力混凝土箱梁在设计荷载作用下，其强度具有一定的富裕度。

3 结论

通过试验分析研究，主要结论如下∶

1）经试验，在设计荷载作用下，该预应力混凝土箱梁控制截面L/2跨处挠度fd1=17.5 mm＜Z1fL=1.0×48.5 mm=48.5 mm，满足 JTJ/T21-2011[2]国家规范的要求，安全储备较高。

2）试验梁混凝土最大应变试验值260×10-6远小于其混凝土极限开裂应变，材质性能较好，安全储备较高。

3）在试验过程中，没有发现梁体产生新裂缝，结构的残余变形较小，说明该预应力混凝土箱梁在设计荷载作用下,其工作性能处于弹性工作状态，其计算可按弹性理论计算方法计算。

依据JTJ/T21-2011[2]，结合现场无损检测技术，该预应力混凝土箱梁承载力检综合评定为合格。

[1]王炎,王东炜,赵湘育.基于施工组合缺陷的预应力箱梁试验研究[J].河南科学,2011,29(4):439~442.

[2]中华人民共和国交通运输部.JTG/T J21-2011,公路桥梁承载能力检测评定规程[S].北京:人民交通出版社,2011.

[3]GB 50152-92,混凝土结构试验方法标准[S].北京:中国建筑工业出版社,1992.

[4]JTG D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].中华人民共和国交通运输部,北京:人民交通出版社,2004.