预应力混凝土连续箱梁桥静载试验分析与研究

吴智慧

（安徽交通职业技术学院，安徽 合肥230051）

预应力混凝土连续箱梁桥是目前较为常见的一种桥梁结构，无论从外观造型、受力状态、结构变形、使用的舒适性和后期维修养护等方面都能够较好的满足当今社会对桥梁的要求，因此对于此类型桥的安全状况检测也变得尤为重要。桥梁荷载试验是判定桥梁承载能力的重要手段之一，通过静载试验对桥梁结构在静载作用下结构变位、应变、挠度等方面的分析与研究，结合数据得出桥梁结构的实际工作状态和承载能力，对桥梁的安全状况进行总体评价［1］。

1 工程概况

某预应力混凝土现浇箱梁桥，上部结构等宽段采用先简支后连续预应力混凝土组合箱梁，变宽段即右幅第10联采用预应力混凝土现浇箱梁。全桥共分10联，全长129m。下部结构采用柱式墩、桩基础，肋式桥台、桩基础。桥面铺装为10cm厚的沥青混凝土＋10cm厚C40防水混凝土。桥梁最大纵坡2.0%，双向横坡均为2.0%。单幅桥面标准宽度14.00m，行车道宽12.00m，变宽段最大宽度17.00 m。设计荷载：公路Ⅰ级。

2 桥梁静载设计

2.1 桥梁静载试验简述

为充分检验桥梁结构的功能要求（安全性、适用性、耐久性），对该桥进行静载试验，通过检测数据分析桥梁的实际工作状态，判断桥梁是否满足正常使用的要求［2］。

（1）实施静载试验，根据相关规范的要求，判断桥梁在不同工况下的挠度和变形等是否满足规范要求；

（2）通过对检测数据分析和强度理论的计算，综合评价桥梁的承载能力情况；

（3）统计校核桥梁的基本数据，建立桥梁试验检测数据库，为今后养护、观测工作提供数据和依据；

（4）裂缝开展情况，混凝土裂缝是结构抗裂性的一个重要指标；

（5）利用桥梁专用有限元计算分析软件MIDAS／Civil建立右幅第10联试验跨模型，并对其进行静载试验的理论分析。

2.2 试验加载工况的设计

由空间结构分析软件MIDAS／Civil计算得出该联的弯矩包络图。根据《公路旧桥承载能力鉴定方法》和《大跨径混凝土桥梁的试验方法》的规定，并经过精确的结构分析计算确定该联的内力控制断面（图1）。

经过分析，在设计荷载及试验荷载作用下，确定5个主要内力控制截面，对应于这5个内力控制截面，确定5个静载试验工况（图2）。

静载试验工况：

工况1：第1跨跨中附近A-A断面最大正弯矩测试

工况2：A2＃墩墩顶B-B断面最大负弯矩测试

图1 设计荷载作用下试验联跨段弯矩My包络图（单位kN·m）

图2 工况布置图

工况3：第2跨跨中C-C断面最大正弯矩测试工况4：A3＃墩墩顶D-D断面最大负弯矩测试工况5：第3跨跨中附近E-E断面最大正弯矩测试

2.3 测点布置

（1）应变（应力）测点：按照测点布设要求，测点的数量要合理，且要确保观测质量，利用不同的测试方法对同一测点进行校对，使得测点能够真实反映结构的应力（应变）情况。桥面板上表面也因桥面铺装构造而不宜布置测点。各控制断面的测点布置（图3）所示［3］。

图3 各工况应变测点布置图

为了加强对结构性能的进一步了解，在工况4中，在右幅42＃墩支点截面附近处箱梁外侧腹板表面布置1组应变花，主要测量支点附近结构在中性轴附近的剪应力和主拉应力。应变花测点构造采用直角型应变花，1组直角型应变花由3支呈45°间隔分布的传感器组成。

（2）挠度（位移）测点：根据现场具体条件和情况选择使用精密水准仪进行桥梁各控制截面测点的挠度测量，墩台顶支点沉降处布设沉降测点［4］。

3 静载试验结果分析

3.1 静载试验效率

本次试验中，加载的具体位置以及施加荷载量的大小是预先设置好的，为保证试验数据的准确性，采用静载试验效率进行有效控制［5］。

静载试验效率：ηj通常取值0.8～1.05。根据结构验算和外观检查结果，结合确定的加载车辆轴载情况在桥面上标出载位。

表1 静载试验效率系数

从表1可以看出，试验荷载的效率系数在正常的范围内。

3.2 校验系数

对于常见的预应力混凝土结构：根据有关经验，应变校验系数在0.6～0.9，挠度校验系数在0.7～1.0是比较理想的。

下表为不同荷载施加作用下，结构各个截面最大应力点的实测值与分析值。

从表2可以看出，结构各主要控制断面在试验荷载作用下应变校验系数大部分均在0.41～0.87范围内，挠度校验系数在0.77～0.97范围内，说明该桥当前材料强度和结构刚度基本符合验证荷载要求。

3.3 相对残余

实测残余变形（Sp）与实测总变形（Stot）的比值越小结构越接近弹性工作状态，一般要求≤20%。

从表3可以看出，相对残余变形和残余应变在19%以下，结构在试验荷载作用下，相对残余应变满足相关规定及要求，部分挠度测点略为大可能原因为该桥部分跨宽跨比较大，结构变形较复杂，混凝土不均匀性等。

表2 各工况下挠度、应变校验系数

表3 各工况下相对残余变形结果

3.4 挠度值

结构在最大试验荷载作用下各控制截面竖向挠度实测值符合规范要求，小于允许值，结构能够安全使用。

3.5 裂缝

根据相应规范，结构在加荷下产生的裂缝宽度要小于设计标准的允许值，且卸载后裂缝要收敛到允许值的1／3范围内。而结构本身的裂缝（施工的、混凝土徐变、温度裂缝等），施加荷载以后也不能超过标准允许宽度［6］。本次试验中，加载前后没有发现结构产生明显的裂缝。

4 结语

从静载试验结果可见，试验联跨整体受力性能稳定，整体结构在试验荷载作用下均符合受力要求；该桥当前材料强度和结构刚度基本符合验证荷载要求；静载试验跨段经过各工况下的循环加卸载作用，各主要控制截面均未出现可见受力裂缝，结构产生的应变、挠度随荷载增长线性关系良好，该桥处于较好的弹性工作状态。综合上述分析，该桥满足公路-Ⅰ级汽车荷载等级的使用要求。

［1］徐岳，王亚军，万振江.预应力混凝土连续梁桥设计［M］.北京：人民交通出版社，2000.

［2］中交公路规划设计研究院有限公司.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］赵林岑.某绕城公路（36＋2×56＋36）m连续梁动静载试验研究［J］.公路工程，2011，36（2）：150-152.

［4］唐峰.某连续箱梁桥静载试验分析［J］.公路工程，2012，37（3）：191-194.

［5］交通运输部公路科学研究院.公路桥梁承载能力检测评定规程（JTG／T J21-2011）［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［6］王继民.钢筋混凝土桥梁安全检测及加固技术研究［D］.北京：北京工业大学（硕士学位论文），2008.