预应力混凝土连续箱梁桥火灾后静载试验与分析

■吴腾飞

（福建船政交通职业学院，福州 350007）

1 工程概况

某预应力混凝土连续箱梁桥左幅上部结构采用40m等跨、等截面预应力混凝土连续箱型梁，共15孔，龙文区侧为8孔一联，龙海市侧为7孔一联，箱梁置于R=33000m的竖曲线上。桥宽组合为：1.50m(人行道)+12.00m(车行道)+1.50m(人行道)=15.00m。箱梁为单箱单室结构，顶板宽14.0m，底板宽6.0m，箱梁高2.50m，跨中截面底板厚度为0.22m。桥墩采用钢筋混凝土双柱式墩身直接对接钻孔桩基础，墩柱、桩身直径均为1.5m。桥台采用混凝土耳墙式，钻孔桩基础。

2 试验目的

为了检测桥梁在受火灾后的承载能力，我们抽取了被火烧的预应力混凝土连续箱梁桥左幅第12跨进行了静载能力试验。根据前期专项外观检查火灾后现场桥梁的损伤情况，对材料及箱梁截面进行削减。通过现场静载试验检测，进一步调整有限元模型，使其接近于现场受损情况。最终通过火灾受损前后模型的比较，鉴定火灾对桥梁结构受力性能的影响程度和折减系数，为加固设计提供依据。

3 静载试验

3.1 试验项目

根据前期对预应力混凝土连续箱梁桥左幅第12跨的外观专项检查，针对受损情况，对第12跨跨中截面、距11#墩11.50m梁底受损最深截面、11#墩支点负弯矩截面、11#墩和12#墩支座压缩情况进行静载试验检测。测试内容包括控制截面的挠度及应力应变，支座压缩量等。

3.1.1 静载试验工况及检测对象

最大试验荷载为设计标准规定的荷载：汽车－20、人群3.50kN/m2。

本次试验根据该桥施工设计图纸，应用MIDAS计算软件进行建模计算。

依据桥跨结构所得的活载内力包络图和现场桥梁损伤检测结果，选择第12跨三处控制截面进行试验，同时对火灾影响范围内的支座压缩情况进行试验观测，具体如表1所示，测试截面位置如图1所示。

表1 试验测试内容

图1 试验测试截面示意图（单位：m）

3.1.2 测试项目

（1）应变

控制截面：第12跨跨中截面(Ⅰ-Ⅰ截面)、第12跨梁底受损最深截面(Ⅱ-Ⅱ截面)、11#墩支点负弯矩截面(Ⅲ-Ⅲ截面)。

(2)挠度

控制截面：第12跨跨中截面(Ⅰ-Ⅰ截面)、第12跨梁底受损最深截面(Ⅱ-Ⅱ截面)。

(3)支座压缩量

控制截面：11#墩支座、12#墩支座。

(4)裂缝

控制截面： 第 12跨距 11#墩 18.85m、19.10m、21.80m、21.90m梁底横向裂缝。

3.1.3 静力荷载试验方案

(1)测点布置

主要控制截面的应变测点、挠度测点、支座压缩量观测点如图2～4所示；裂缝开展情况观测测点如图5所示。

图3 各控制截面挠度测点布置图

图4 墩柱支座压缩量测点布置图

图5 第12跨箱梁梁底裂缝监测示意图

3.1.4 静载试验荷载和试验效率

以设计标准活载产生的该试验项目的最不利效应值等效换算，确定所需的试验荷载、加载车辆和轮位，且该桥的静载试验荷载效率 满足 《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01-2015）基本荷载试验规定的要求。

式中，S——控制荷载作用下控制截面最不利内力计算值；

μ——按规范采用的冲击系数；

ηq——静力试验荷载的效率，对交（竣）工验收荷载试验，宜介于0.85～1.05之间；对旧桥承载能力评定，宜介于 0.95～1.05之间。

3.1.5 试验车辆

本试验桥跨静载试验共采用5辆重约35t的车辆进行等效加载。

3.2 静载试验结果

3.2.1 挠度测试结果

根据预应力混凝土连续箱梁桥左幅第12跨控制截面荷载-挠度关系曲线，在汽车-20级设计荷载的各等效荷载工况作用下，预应力混凝土连续箱梁桥第12跨各控制截面荷载与挠度基本保持线性关系，表明在试验荷载作用下梁体处于弹性范围之内。

由各控制截面应变分析表可知，预应力混凝土连续箱梁桥第12跨跨中截面挠度校验系数分别为0.99和1.00，相对残余挠度最大值为3.0%；第12跨梁底受损最深截面挠度校验系数为0.95和0.98，相对残余挠度最大值为4.0%。各测试截面挠度校验系数均接近于1.00，相对残余挠度最大值均小于 《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01-2015）规定限值20%。表明在假设条件下，现场实测挠度值与理论计算挠度值较为接近，模型假设条件与现场灾后情况较为接近。

3.2.2 应变测试结果

根据预应力混凝土连续箱梁桥左幅第12跨控制截面荷载-应变关系曲线，预应力混凝土连续箱梁桥左幅第12跨各控制截面荷载与应变基本保持线性关系，表明在试验荷载作用下梁体处于弹性范围之内。

由各控制截面应变分析表可知，预应力混凝土连续箱梁桥第12跨跨中截面应变校验系数为0.87～0.97，相对残余应变最大值为14.3%；第12跨梁底受损最深截面应变校验系数为0.84～0.98，相对残余应变最大值为14.8%；11#墩支点负弯矩截面应变校验系数为0.86～0.89，相对残余应变最大值为18.2%。各测试截面应变校验系数均接近于1.00，相对残余应变最大值均小于《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01-2015）规定限值20%。表明在假设条件下，现场实测应变值与理论计算应变值较为接近，模型假设条件与现场灾后情况较为接近。

3.2.3 支座压缩测试结果

在试验工况7、8荷载作用下，11#墩和12#墩支点截面实测挠度值如表2所示。

表2 各控制截面实测挠度值表

从表2可以看出，在试验工况7荷载作用下，11#墩柱支座压缩量实测平均值为0.16mm，在试验工况8荷载作用下，12#墩柱支座压缩量实测平均值为0.12mm，相对残余变位最大为17.6%，卸载后均能够较好的恢复到初始状态。

3.2.4 裂缝观测结果

对第12跨梁底横向裂缝布置测点，在试验荷载工况下，各裂缝开展情况监测结果如表3所示。

表3 裂缝开展监测结果表

在汽车-20级设计荷载的等效荷载工况作用下，跨中截面附近4条横向裂缝均发生开展，开展最大宽度为0.037mm（初始缝宽0.20mm），卸去荷载后裂缝均能够较好恢复到初始状态，试验过程中未见新裂缝产生。

在各试验工况荷载作用下，各测试截面附近均未观测到新裂缝。

4 建议

根据预应力混凝土连续箱梁桥左幅第二联火灾后专项外观检查结果，并结合此次桥梁静载试验专项检测结果，预应力混凝土连续箱梁桥左幅第12跨上部结构火灾后的抗弯承载能力相比火灾前有所降低；桥梁弹性工作状况较好，经验算抗力效应能够满足设计荷载等级要求。结合此次荷载试验结果，从安全性和耐久性方面考虑，建议：

（1）以恢复至原设计抗弯承载力为目的，立即对火灾受损位置进行加固修复。

（2）对火灾影响范围内的盆式支座设置观测点，结合每年定期检查观测支座情况。如发现异常情况应立即对支座进行更换，同时对全桥盆式支座进行除锈防腐处理。

（3）加强养护，及时进行日常检查及定期检查。

（4）严禁超限、超载车辆通行。

（5）今后营运中应注意加强对桥跨结构各受力控制截面、墩柱等重要部件的检查和养护管理，建立永久性控制检测点，定期观测桥面线形。