波形钢腹板PC 箱梁静载试验及分析

2020-06-17

江西建材 2020年5期

江西省通途路桥工程有限公司，江西南昌

波形钢腹板PC 箱梁为上世纪所发展的一种新型组合结构，即把原箱梁的混凝土腹板使用波形钢腹板代替。与PC 箱梁相比具有以下优点：①钢腹板为起伏的波浪形，使其抗剪压屈强度较大。②通常腹板部分的钢材重量比传统混凝土腹板减轻了重量。因此在进行悬臂施工时，可以增大每一块段的长度，缩短施工周期。

1 工程概况

该桥上部结构：69m+4×120m+69m波形钢腹板PC连续箱梁；下部结构：桥墩为重力式实体墩，基础为钻孔灌注桩基础。技术标准：设计荷载等级：公路一级。

桥梁立面图横断面图如图所示：

图1 桥梁立面图（单位：cm）

图2 波形钢腹板PC 梁横截面图（单位：cm）

2 MidasCivil 模型计算

2.1 Midas Civil 模型

根据设计图纸，对本桥进行建模，分析其在公路一级荷载作用下，计算桥梁的受力状况，并以此为依据确定实验所选试验截面［1］，梁截面采用MidasCivil 里面的设计截面直接输入，梁端支座采用滑动铰支座来进行模拟，桥梁的结构二期荷载按照设计要求施加［2］，桥梁MidasCivil 模型图下图所示：

图3 桥梁MidasCivil 模型（单位：cm）

2.2 计算结果及分析

试验中，选取的控制截面参考相关荷载试验规范规定，选取桥梁受力最不利的截面。本桥采用Midas Civil进行建模计算，计算荷载等级采用公路一级，并根据等效荷载效应选择试验车辆。

本次试验选取J1、J3、J2 截面为控制截面，分别代表边跨最大正弯矩、支座最大负弯矩、中跨最大正弯矩，测试截面位置示意图见图所示。

图4 移动荷载弯矩图

图5 静载试验控制截面位置图（mm）

3 检测目的

荷载试验主要测量桥跨结构内力与变形，从而对桥梁的承载力和工作特性进行评定。结构在自重、汽车或人群作用下，把控制断面应力和挠度与理论计算值进行对比分析，判定其是否满足规范设计要求，为桥梁的后期运营及养护提供技术支持。

4 静载试验

4.1 静载试验测点布置

4.1.1 应变测点布置

梁及其他构件均按照从左到右（面向桥台号增加方向）依次编号。应变测点布置在控制截面箱梁底板和内部，从左到右编号为J1-1～J1-17、G1-1～G1-12、J2-1～J2-17、G2-1～G2-12、J3-1～J3-11、G3-1～G3-12，混凝土应变测点共57 个（其中J3截面腹板为混凝土结构，G3-1～G3-12 为混凝土应变片），钢筋应变测点共24 个，测量结构应变。J2、截面应变布置同J1 截面。

梁及其他构件均按照从左到右（面向桥台号增加方向）依次编号。挠度测点布置在控制截面梁体底面，每个截面3 个测点，从左到右编号为L1-1～L1-3、L2-1～L2-3，共计6 个位移测点。

4.2 加载方案设计

4.2.1 试验荷载确定

根据相关规范规定，将公路一级汽车荷载（含汽车冲击力）计算作为设计控制值。为达到试验效果，以汽车荷载产生效应与设计控制值作比较，并采用荷载效率进行控制，加载效率控制为0.85～1.05 之间。

4.3 静载试验数据分析

4.3.1 结构弹性性能分析

本桥为波形钢腹板连续梁，根据对荷载试验数据的分析，判定桥梁的弹性性能。根据弹性理论及平截面假定，弯矩与应变、弯矩与挠度存在线性比例关系，因此通过弯矩与应变、弯矩与挠度的关系曲线可以判明桥梁是否处于弹性工作状态［3］。

4.3.1.1 跨中弯矩—应变关系

针对该桥分析J1、J2、J3 控制截面各工况在分级加载时弯矩与混凝土的应变关系，选择应变最大测点，其结果对比见表所示，其关系曲线图见图所示。

表1 工况一J1-1 测点弯矩-混凝土应变关系表

图6 工况一J1-1 测点弯矩-应变关系曲线

表2 工况二J2-1 测点弯矩-混凝土应变关系表

图7 工况二J2-1 测点弯矩-应变关系曲线

表3 工况三J3-1 测点弯矩-混凝土应变关系表

图8 工况三J3-1 测点弯矩-应变关系曲线

通过上图和表可得出，试验车辆对跨中截面产生的弯矩效应与实测混凝土应变的关系曲线基本呈线性，表明桥梁处于较好的弹性工作状态。

4.3.1.2 跨中弯矩—挠度关系

针对该桥分析J1、J2 控制截面在各工况下分级加载时跨中弯矩与挠度的关系，其结果对比见表所示，其关系曲线见图所示。

表4 工况一L1-1 测点弯矩-挠度关系表

图9 工况一 L1-1 测点弯矩-挠度关系曲线

表5 工况三L2-1 测点弯矩-挠度关系表

图10 工况三1#梁L2-1 测点弯矩-挠度关系曲线

通过上图和表可得出，试验加载车对跨中截面产生的弯矩与实测挠度的关系曲线基本呈线性，表明桥梁处于较好的弹性工作状态。

4.3.2 刚度性能分析

根据第四联布置的辅助挠度测试断面，可绘制出边跨与中跨在偏载工况下的实测纵向挠度曲线与理论纵向挠度曲线对比图，其结果对比曲线如图和表所示。

表6 偏载工况下的挠度对比表

图11 工况一偏载下挠度曲线对比图

（2）特征值合格法。大部分省市及监督巡查均采用特征值计算构件（测区）合格率，该方法优点是能够综合考虑各测点值的离散情况，按统计分析的方法来判定钢筋保护层厚度对结构钢筋耐久性的影响，有据可依，缺点是计算繁琐。对于批量构件，构件合格率=合格构件数/总构件数；对于单个构件，可以采取两种方法进行评定：①根据各测点保护层厚度，计算全部保护层测点平均值、标准差、特征值，然后根据特征值是否在范围内，判定该构件是否合格。②将构件分为若干测区，每个测区布置若干测点（测点不宜过少，一般不小于10 个）按第一种方法，每个测区分别计算测区特征值，首先判定各测区是否合格，然后计算构件合格率，该构件合格率=合格测区数/总测区数；根据《公路水运建设工程质量安全督查办法的通知》交安监发〔2016〕86 号［4］，采用电磁方法检测，按统计方法评定，特征值与设计值比值介于0.9～1.3 的为合格，但应注意电磁法不适用含铁磁性物质的混凝土保护层厚度检测，对结果有争议时可用破损法验证。