泽城西安水电站（二期）南山桥单梁静载试验分析

2019-05-13石海

山西水利 2019年1期

石海

（山西泽城西安水电有限公司，山西太原 030002）

泽城西安水电站（二期）工程南山桥位于左权县清漳河上小南山村附近大南沟沟口。南山大桥公路里程桩号为 5+253.506—5+433.506，跨径布置为9×20 m，桥头搭板尺寸为6 m×2 m，桥面净宽8.24 m。桥梁上部结构为装配式预应力混凝土空心板简支梁，预应力钢筋采用5根直径15.2 mm的钢绞线，下部结构为柱式桥墩（台）灌注桩基础。设计荷载：汽-20级，挂-100级。

1 单梁静载试验

1.1 试验目的与手段

本次试验的目的，是了解主梁结构在荷载作用下的实际工作状态，综合分析判断主梁结构的承载能力和使用条件，检验主梁的承载能力是否达到设计要求。主要是通过在主梁结构上施加与设计外荷载或使用荷载基本相当的外载，采用分级加载的方法，利用检测仪器测试桥梁结构的控制部位与控制截面，在各级试验荷载作用下的挠度、应力等特性的变化，将测试结果与结构按相应荷载作用下的计算值与有关规范规定值作比较，从而评定主梁结构的承载能力，进而分析试验主梁是否达到设计的安全度和可靠度。

1.2 试验内容

现场试验和内业的分析计算主要有以下几个方面：依据设计图纸和相关规范并结合现场试验条件，确定试验加载方式和加载值；分析主梁结构控制截面在静载作用下的应变和挠度；实测主梁控制截面在静载作用下的应变和挠度；通过计算和试验数据的比较，确定试验主梁的承载力是否满足要求；观测主梁在试验荷载下有无裂缝及裂缝是否开展。

1.3 试验依据

中华人民共和国行业标准《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021-89）、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ 023—85）、中华人民共和国行业标准《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2017）、《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）、《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01-2015）、《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21-2011）、泽城西安水电站（二期）工程南山桥桥梁设计图及相关资料。

2 试验方案

2.1 试验荷载的确定

单梁试验加载应在某一范围内试验才能有效。根据《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01-2015），试验荷载的效率系数ηq（0.85≤ηq≤1.05）按以下公式计算：

式中：Ss——静力试验荷载作用下，某一加载试验项目对应的加载控制截面内力或变位的最大计算效应值；

S——设计荷载产生的同一加载控制截面内力或变位的最不利效应计算值（考虑多车道折减）；

μ——按规范取用的冲击系η数值，μ=0.176 7lnf-0.015 7（结构的基频f）。

2.2 内力分析与计算

依据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）的有关规定，结合设计资料，对该桥的上部结构进行了详细的分析计算，使用桥梁电算专用程序分别作出桥梁结构（即成桥后的连续梁）在二期恒载和设计活载（公路—I级）作用下的弯矩和位移包络图，根据桥梁的横向分布系数，确定主梁在二期恒载和活载作用下最不利正弯矩和最大位移的具体位置，此最不利位置为跨中截面。分别计算二期恒载和汽车活载（考虑冲击效应）在试验梁跨中所产生的弯矩效应值，将它们的组合值作为设计荷载效应值，即为试验梁的跨中加载效应值。根据工地现有条件，采用在试验梁两点加载的方式进行加载试验（见图1），使得它们产生的弯矩值达到规范要求。

图1 加载方式（单位：cm）

试验梁实际跨中加载的集中力值、相应的弯矩值和设计荷载效应对比值见表1。

表1 试验荷载效应与设计荷载效应对比表

由上表可知，试验梁的荷载效率值完全符合规范中的规定，从而保证了本次试验的有效性。

2.3 测试截面

根据简支梁的受力特点可知跨中截面弯矩值最大，而L/4、3L/4处弯矩和剪力值均较大，上述截面位置应变和挠度是分析确定箱梁承载力的依据，因此将上述三个截面作为本次试验的测试截面。详见图2。

图2 测试截面示意（单位：cm）

2.4 测点布置

分析主梁在试验荷载作用下的应变及挠度状况，在上述测试截面跨中箱梁底板及顶板布置4个应变测点；在每个测试截面底板各布置1个挠度测点。应变片编号如图3所示，挠度位置和编号如图4所示。

图3 7-6（9-6）号梁跨中应变测点布置

图4 挠度测点布置

2.5 试验加载

试验加载按以下原则进行：

试验加载前，对主梁进行预压，以减少试验过程中主梁的残余变形。采用分级加载，每级稳定5 min以上，并且在试验过程中，对重要测点数据与理论值及时进行分析比较，以仪器读数实时监控为准。

现场试验中保证有两个平行试验，若数据重复性很好，则结束本工况试验，若重复性差，检查原因后重新测试。在试验过程中，要对重要测点数据与理论值及时进行分析比较。

为了尽可能减少试验加载中混凝土残余变形的影响，全部荷载试验加载到位后，持续5 min以上，待桥梁变形稳定后采集所需数据。每次卸载时，加载量均卸载至0。

3 试验结果与分析

3.1 理论计算

静载计算所用程序为桥梁分析专用程序桥梁博士。做出试验梁在简支状态下跨中截面、L/4截面和3L/4截面的弯矩影响线（图5-1～图5-2）及跨中截面、L/4截面和3L/4截面的挠度影响线（图5-3～图5-4）。分别在跨中截面、L/4截面和3L/4截面的弯矩影响线和挠度影响线布置试验荷载，从而可求出主梁在试验荷载下的理论应变和挠度。