某加固后简支T形梁桥静载试验分析

冼锐冠

(广东纵横工程检测有限公司，广东 佛山 528000)

1 工程概况

某桥梁跨径组合为 5×16m+5×16m+3×30m+5×16m+6×16m，桥面总宽为28.34m，双幅双向六车道，其中单幅宽13.84m。桥面采用水泥混凝土铺装，主桥上部结构为3跨预应力混凝土30mT形简支梁桥，两侧引桥均为普通混凝土16mT形简支梁桥，每幅每跨均由6片T梁组成。下部结构为桩柱式桥台、桩柱式桥墩。

该桥病害主要为上部结构16mT梁出现较多的裂缝，绝大部分裂缝的贯穿长度超过高度3/4，且贯通腹板的裂缝占95%以上，裂缝形态呈现上窄下宽的形式。斜裂缝主要分布在两端4m范围内，中间宽两头窄，少量裂缝宽度超过规范限值。30m预应力T梁整体状况较好，未见受力裂缝出现。

针对上述桥梁病害及结合已有的加固设计经验，对该桥进行了如下加固措施：

（1）对16mT梁腹板进行外包钢板加固，对裂缝进行封闭、灌缝处治，对钢筋锈蚀进行除锈处理，破损位置用环氧砂浆修复。

（2）对30mT梁横隔板及湿接缝进行凿除，重新浇筑。

（3）对混凝土桥面凿除，重做桥面铺装及伸缩缝。

加固设计技术标准：

（1）设计荷载：维持原设计荷载等级不变，汽车-20级，挂-100；

（2）桥面布置：维持原设计不变。

该桥加固施工已完成，为检验该桥现状情况及加固效果，对该桥进行了静载试验。

2 静载试验

2.1 试验内容与测点布置

根据本桥梁现场实际情况，选取左幅第1跨16mT梁跨中（A截面）和根部（B截面）、左幅第11跨30mT梁跨中（C截面）作为试验桥跨，本桥的主要试验内容为：

（1）左幅第1跨16mT梁跨中最大正弯矩（A截面） 的应变和挠度、根部最大切应力（B截面）的应变。

（2）左幅第11跨30mT梁跨中最大正弯矩（C截面）的应变和挠度。

（3）试验加载前、加载后及卸载时主梁裂缝情况。测试控制截面见图1。

根据试验内容，挠度测点沿试验桥跨两侧的支点和跨中位置布置；试验A截面布置12个应变测点；试验B截面布置3个应变测点（加载侧1号T梁、2号T梁和3号T梁端部）；试验C截面布置12个应变测点。

2.2 加载工况及试验荷载

本次试验按汽车-20级，挂-100汽车荷载考虑，根据测试桥跨结构的内力包络图，并考虑应力分布，按最不利受力原则选定测试截面，然后拟定相应的试验工况。考虑现场组织标准车队困难，采用内力等效原则，用三轴载重汽车加载。本次试验共安排3个荷载工况（见表1）。

表1 试验工况

根据《公路桥梁荷载试验规程》的要求，桥梁的静力试验按荷载效率ηq来确定试验的最大荷载。静力荷载效率ηq的计算公式为：

式中：SS——静载试验荷载作用下，某一加载试验项目对应的加载控制截面内力或位移的最大计算效应值；

S——控制荷载产生的同一加载控制截面内力或位移的最不利效应计算值；

μ——按规范取用的冲击系数值。

本次试验为交工荷载试验，工况Ⅰ～Ⅲ试验荷载在测试截面处的试验内力和试验荷载效率如表2所示，表中的数据表明试验荷载效率满足《公路桥梁荷载试验规程》中取值范围为0.85～1.05之间的要求。

表2 试验内力和荷载效率系数

2.3 静载试验结果与分析

（1）试验梁跨中截面挠度分析。

在工况Ⅰ、工况Ⅲ试验荷载作用下，试验孔主梁跨中测试截面沉降值，即为主梁测试跨中截面挠度的实测值。相对残余变形是评价结构构件承载后弹性工作性能的指标，跨中截面挠度的相对残余变形越小，说明结构越接近弹性工作状况。主梁测试截面挠度值见表3。

表3 控制截面挠度校验系数

在工况Ⅰ试验荷载作用下，实测挠度与理论计算挠度曲线的变化趋势一致，实测最大挠度小于理论计算挠度。实测挠跨比为0.00412/16=2.58×10-4，远小于设计规范允许的1/600=1.67×10-3，结构刚度满足规范要求。

在工况Ⅲ试验荷载作用下，实测挠度与理论计算挠度曲线的变化趋势一致，实测最大挠度小于理论计算挠度。实测挠跨比为0.01235/30=4.12×10-4，远小于设计规范允许的1/600=1.67×10-3，结构刚度满足规范要求。

表3数据表明在工况Ⅰ、工况Ⅲ试验荷载作用下，试验孔控制截面测点挠度校验系数在0.746～0.875间，相对残余变形在1.5%～1.7%间，满足《公路桥梁荷载试验规程》测点的挠度试验校验系数0.7～1.05和相对残余挠度不大于20%的要求。

（2）试验梁跨中截面与支点截面应变分析。

在工况Ⅰ～Ⅲ试验荷载作用下，试验梁跨中与支点截面的混凝土应变沿梁高分布符合平截面假定，实测的应变与荷载的关系曲线接近于直线，说明桥跨结构处于弹性工作状况。控制截面实测应变及校验系数见表4。

表4数据表明在工况Ⅰ～Ⅲ试验荷载作用下，试验孔控制截面测点应变校验系数在0.709～0.973间，相对残余应变在2.6%～3.3%间，满足《公路桥梁荷载试验规程》测点的应变试验校验系数0.7～1.05和相对残余应变不大于20%的要求。说明结构的竖向刚度能满足设计要求。

在工况Ⅰ试验荷载作用下，1号T梁中的3＃、4＃应变测点分别粘贴在钢板和混凝土上，2号T梁中6＃、7＃应变测点分别粘贴在钢板和混凝土上，其实测应变值变化符合平截面假定，说明粘贴钢板和混凝土T梁较好的结合在一起，能够良好的共同变形受力，且粘贴钢板能够有效提高T梁的抗剪能力。将A截面1号T梁沿高度布置的应变测点实测弹性应变沿截面高度进行线性回归。实测弹性应变沿截面高度呈线性变化，线性相关系数r为0.9970，符合平截面假定（n=4，置信度大于95%）。拟合中性轴高度为82.8cm，与理论值85.1cm基本相符。

在工况Ⅱ试验荷载作用下，梁端的实测剪切应变都小于理论值，说明粘贴钢板能够有效提高T梁的抗剪能力。

在工况Ⅲ最大级试验荷载作用下将C截面1号T梁沿高度布置的应变测点实测弹性应变沿截面高度进行线性回归。实测弹性应变沿截面高度呈线性变化，线性相关系数r为0.9945，符合平截面假定（n=4，置信度大于95%）。拟合中性轴高度为129.5cm，与理论值128.7cm基本相符。

表4 控制截面应变校验系数

3 裂缝

在整个荷载试验过程中，采用裂缝观测仪仔细检查，未发现试验桥跨有新增可见裂缝产生，结构抗裂性能满足《公路桥梁荷载试验规程》的要求。

4 试验结论

通过对试验数据分析和对理论数据的比较结果表明该桥目前工作状况正常，结构强度、刚度以及抗裂性能符合《公路桥梁荷载试验规程》 （JTG/T J21-01-2015）中所规定的各项指标要求，结构处于弹性工作状态，其承载能力满足设计荷载标准汽车-20级，挂-100的正常使用要求。