基于静荷载试验的预应力混凝土连续梁桥承载力分析

程 超（江西中煤建设集团有限公司，江西 南昌 330001）

基于静荷载试验的预应力混凝土连续梁桥承载力分析

程 超（江西中煤建设集团有限公司，江西 南昌 330001）

桥梁在使用过程中，不可避免受雨雪、地震、冰冻等自然因素的影响、人为因素的冲击破坏以及在有害物质的侵蚀下产生的混凝土碳化、钢筋锈蚀等病害，随着时间的增长，这类病害将进一步发展，甚至危及桥梁的结构使用安全。为探究桥梁服役一定年限后的承载能力，以两联六孔预应力混凝土连续梁为工程实例，通过桥梁荷载试验，对其承载力展开分析和研究，掌握桥梁结构实际工作状态了解，评定桥梁结构的工作性能和状态，确保后续加固和维修方案切实可行、有据可依。

预应力桥梁；承载力；静载试验

1 引 言

我国目前的桥梁建设已经取得了令人瞩目的成绩，截止到2014年底，我国通车里程中，桥梁总数已有75.71万座，4257.89万延米[1]。在跨径、桥型方面为世界的桥梁事业作出了重要的贡献。鉴于桥梁投资巨大，作用显著，人们对桥梁的服役性能尤为重视。

随着既有桥梁服役时间的增长，过去所修建的新桥会逐步转变成现在的旧桥，与此同时，由于在某方面施工不够成熟、外界环境的不利影响、交通量逐年增大导致的荷载等级提高，很有可能会使得一些服役的桥梁的某种功能不能满足规定的要求。在工程实际中发现，钢筋锈蚀及混凝土碳化成为桥梁承载力降低的重要因素，同时劣化和（或）荷载的增加也导致了桥梁使用性能的降低[2-3]，如美国现有的六十万座桥梁中，约有四成采用较低的荷载标准，近八万座桥梁需立即维修[4]。

本文为探究桥梁服役一定年限后的承载能力，以两联六孔预应力混凝土连续梁为工程实例，通过桥梁荷载试验，对其承载力展开分析和研究，掌握桥梁结构实际工作状态了解，评定桥梁结构的工作性能和状态，确保后续加固和维修方案切实可行、有据可依。

2 服役桥梁常见病害

桥梁存在的一些常见病害有[5]：桥面铺装病害、冻融病害、混凝土裂缝病害、钢筋锈蚀病害、碳化以及氯离子侵入等。

2.1 桥面铺装病害

桥面铺装病害已经成为影响混凝土桥梁结构正常使用以及导致交通事故的病害之一。在桥面铺装层破坏之后，不仅会影响到的桥梁的美观，同时还会妨碍正常的交通，容易引发交通事故。由于近些年来，桥面铺装层养护工作的增大、周期的缩短、成本的增加，最终导致因桥面铺装问题而产生的经济损失越来越多。典型桥面铺装病害如图1所示。

图1 典型桥面铺装病害

2.2 冻融病害

冻融病害也是影响桥梁的正常使用年限和承载力的主要原因之一。在我国的冻土地区，这种现象体现的尤为突出，由于受到天气的影响，冻融现象的发生造成结构产生裂缝。当对桥梁进行加固处理之后，由于混凝土并不是一次性浇筑完成，这样就造成了混凝土衔接处结合够严密，同时在冻融的作用下，裂缝的发展就会加剧。冻融病害产生的原因主要有[6]：1）自然的不可抗力；2）在混凝土施工过程中，所得到的混凝土质量远没有达到设计要求；3）在后期的养护过程中没有按照规范进行养护。

2.3 裂缝病害

预应力混凝土连续梁桥常见裂缝病害主要有：下缘受拉区的裂缝、腹板上的竖向裂缝、腹板上的斜裂缝、施工运梁不当引起的裂缝、梁顶端裂缝、连续梁中支点梁顶面裂缝等。

2.4 锈蚀病害

由于水泥的水化作用使得钢筋处在强碱介质中，在钢筋表面产生一层类似于保护膜，以保护钢筋不发生锈蚀。当混凝土由于施工等原因造成的密实度不够或者是在施工中人为的加入含有氯离子的物质，有害离子的扩散会最终破坏保护膜，导致锈蚀发生。锈蚀早期会在混凝土表面产生沿着钢筋方向的裂缝，严重的时候会因为钢筋的锈蚀而造成开裂。

2.5 碳化病害

碳化是指混凝土中NaOH与渗透进混凝土中的CO2或其它酸性气体发生化学反应的过程[7]。混凝土一般呈碱性，这会形成一层碱性薄膜，起到“钝化”的作用。碳化的实质是混凝土的中性化，碱性降低，同样很容易导致钢筋锈蚀。

3 工程概况

某桥修建于上世纪八十年代，到现在为止已经运营近40年。由于当地交通量的日益增长，该桥的服役状态需要进行科学评定，以便为该桥的加固设计提供科学的理论依据。该桥为两联六孔预应力混凝土连续梁，第一联为在北边，跨度为38.5m+2×38m+38.5m，第二联在南边，跨度为38.5m×2。该桥桥型布置如图2所示。

图2 桥型布置图（单位：m）

4 实桥静载试验

图3 试验孔示意图（单位：m）

4.1 静载试验内容

从受力分析来看，第一跨和第二跨在受力上对称，均存在最大正弯矩和最大负弯矩两个最不利位置。根据现场实际观测结果，第二跨混凝土存在一定面积的老化及破损，而第一跨外观相对较好。综合上述原因，选择第二联的第二孔作为静荷载试验孔，如图3所示。

拟定如下静载试验工况，工况一：第二联边跨（E-E截面）对称荷载作用下最大正弯距；工况二：第二联中跨墩顶（5号墩顶D-D截面）对称荷载作用下最大负弯距；工况三：第二联中跨墩顶（5号墩顶）在对称荷载作用下的最大墩顶支反力。截面最不利位置如图4所示：

图4 第二联试验工况位置（单位：m）

为了得到桥梁各加载等级下的挠度、应变曲线，防止破损桥梁倒塌或发生意外损伤，各试验工况均进行分级加载和卸载，并随时观测每级荷载下各控制参数的变化，注意荷载中止条件。

4.2 加载

采用6辆“后八轮”汽车加载，编号分别为1-6，根据荷载效率系数确定车辆的重量和布置方式。应对车辆进行配重过磅，保证满足试验精度要求，并要求整个加载过程中保持不变。

1）工况一：第二联边跨（E-E截面）对称荷载作用下最大正弯距及最大挠度。工况一的荷载分级如表1所示，横截面如图5所示。

表1 工况一荷载分级表

图5 工况一荷载横截面布置（单位：m）

表2 工况二荷载分级表

图6 工况二试验荷载横截面布置图（单位：m）

2）工况二：第二联中跨墩顶（5号墩顶D-D截面）对称荷载作用下最大负弯距；工况二的荷载分级如表2所示，横截面如图6所示。

3）工况三：第二联中跨墩顶（5号墩顶）在对称荷载作用下的墩顶和支座沉降；工况三的加载车辆分布和工况二相同布置。

4.3 试验结果

通过对该桥检测与荷载试验的主要资料进行分析，得到了挠度测试结果、应变测试结果，其中挠度测试结果如图7所示（限于篇幅，仅列出工况一）：

图7 荷载-弹性变位曲线（工况一）

通过对试验数据进行分析，得到以下试验结果：

1）荷载试验各工况的荷载效率系数为0.8～1.05，根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》[8]，满足相关规定；

2）试验过程中主梁实测变形及应变值小于理论计算值，且残余变形小于0.2，说明桥梁结构试验过程中处于弹性工作状态，受力性能满足汽-20；挂-100设计的刚度及强度要求。

3）在静载试验期间，该桥箱梁未发现可见裂缝，测试桥墩基础未观测沉降，无其它异常情况。

5 结 语

本文以两联六孔预应力混凝土连续梁为工程实例，通过桥梁荷载试验，对其承载力展开分析和研究。结合外观检测和荷载试验的结果可知，该桥在整体结构上满足相关规范要求，但外观的病害较多，需要对该桥出现的各种病害采取及时有效的修补措施。

[1]刘翠云,董传洲．国外预应力混凝土连续梁桥发展和施工技术[J]．世界桥梁,2011,06:1-4．

[2]鲍卫刚．预应力混凝土连续梁桥维修与加固技术[J]．公路 ,2013,01:13-18．

[3]刘金福．服役20年预应力混凝土连续梁桥静载试验研究[J]．桥梁建设,2013,05:75-80．

[4]陈新新．大跨度预应力混凝土连续梁桥施工技术[J]．科技创新导报,2010,05:63-64．

[5]邵华英,刘旋云,周德．预应力混凝土连续梁桥维修加固技术的对比研究[J]．中外公路,2010,03:198-202．

[6]王彤,杨志武,刘和．体外预应力混凝土连续梁桥设计理论研究[J]．辽宁省交通高等专科学校学报,2006,01:4-6．

[7]王瑞雪．预应力混凝土连续梁桥裂缝的分析[J]．今日科苑,2008,04:162．

[8]公路桥梁承载能力检测评定规程．JTG/TJ21-2011．中华人民共和国交通运输部,2011．

Bearing capacity analysis of prestressed concrete continuous girder bridge based on static load test

Bridge in use,inevitably affected by various diseases such as rain and snow, earthquake, freezing and other natural factors,human factors and the generation of harmful substances carbonization of concrete,steel corrosion．As time goes on,these diseases will develop further and even endanger the structural safety of the bridge．In order to explore the bearing capacity of bridge service after a certain number of years,two-joint six-hole prestressed concrete continuous beam is taken as an engineering example in this paper．Through the bridge load test,the bearing capacity of the bridge was analyzed and studied．What’s more,master the actual working state of the bridge structure to understand and assess the work performance and state of the bridge structure to ensure that the follow-up reinforcement and maintenance program feasible and evidence-based．

prestressed bridge；bearing capacity；static load test

U441．2文献辨识码：B

1003-8965(2017)01-0072-03