基于静载试验的在役PC空心板桥承载能力分析★

刘 恒 曾芙霞 彭锐升 涂文祥

(湖南高速铁路职业技术学院铁道工程学院，湖南 衡阳 421002)

PC空心板桥作为一种装配式结构，由于其具有施工方便、受力明确的优点，是一种较常用的桥梁结构形式。随着运营时间的增加，结构会出现不同程度的损坏，为保证结构安全不造成重大的交通安全事故，就需要对桥梁结构进行承载能力评定。静载试验是一种较直观的检测方法。

1 工程概况

某省道在役PC空心板桥已使用15年，上部结构为3×20 m的 预应力混凝土空心板简支梁，采用后张法，先简支后桥面连续。桥梁全长68.40 m，桥梁全宽10.5 m，净9.5 m(行车道)+2×0.5 m(防撞栏杆)。本桥平面位于直线上，跨越小河，与河流交角30°，桥面横坡为双向2%，纵坡为-3.495%。全桥横断面由8片空心板组成，横向按铰接板考虑，空心板采用交通部通用图，高950 mm，宽1 240 mm，顶、底板厚120 mm。下部结构桥台采用双柱式轻型桥台，桥墩采用双柱式轻型墩。墩台采用桩基础。桥梁设计荷载等级为公路—Ⅱ级。

2 静载试验

2.1 有限元计算模型

依据设计图纸和现场测试数据，采用桥梁结构有限元分析软件MIDAS/Civil中的梁格法建模分析。该桥为简支结构，选取第三跨进行建模分析，共划分为894个单元和647个节点。横向铰接板联系采用释放虚拟横梁梁端约束进行模拟，支座按支座刚度参数进行模拟。全桥有限元模型见图1。

2.2 测点布置及测试方法

本桥静载试验测试内容为梁体挠度、应力和裂缝，测试断面为跨中截面。挠度测试采用百分表测试，每块板跨中截面和支座附近底面中心位置放置一个百分表，百分表通过磁性表座固定在测试用钢管支架上，该支架与行走脚手架独立开，测试过程该支架固定不动。挠度测试精度为0.01 mm。应变测试采用静态电阻应变仪测试，每块空心板跨中底面中心位置用502胶水贴两片应变片，通过电源线接至应变仪，应变片与混凝土表面贴合紧密，无气泡无折皱。应变测试精度为1 με。梁体裂缝观测先采用目测和望远镜搜索，发现有裂缝后采用裂缝观测仪测量裂缝宽度，用钢尺测量其长度。跨中截面挠度和应变测点见图2。

2.3 试验加载

经计算，本次试验采用4台总重320 kN的三轴汽车进行加载，分三级加载一次性卸载。试验共分为两个工况。

工况Ⅰ：第三跨跨中截面最大正弯矩(中载)。

第三跨3号梁跨中截面弯矩影响线见图3。

工况Ⅰ加载车辆布置见图4。

工况Ⅱ：第三跨跨中截面最大正弯矩(偏载)。

第三跨1号梁跨中截面弯矩影响线见图5。

工况Ⅱ加载车辆布置见图6。

各工况荷载效率系数见表1。

表1 静载试验效率系数表

2.4 静载试验数据处理

试验数据经处理后，得出各测点校验系数进行评定。校验系数是在试验荷载作用下量测的弹性变位(或应变)值与试验荷载作用下理论计算变位(或应变)值的比值。

2.4.1跨中挠度

梁体实测挠度由跨中截面实测值进行支座修正后得到的数值，挠度数据见表2，各测点挠度理论值和实测值对比见图7。

表2 挠度测试结果 mm

从表2，图7中可以看出，各工况下大部分测点挠度校验系数介于0.8～1.0之间，部分测点校验系数超过1，说明结构刚度较差。

2.4.2梁底应力

梁体实测应变由仪器自动记录，应力根据胡克定律由实测应变和材料的弹性模量计算得出。各梁底应变数据见表3，表中数据为同一块板底两处应变的平均值。

表3 应变测试结果 με

从表3,图8中可以看出，各工况下大部分测点应变校验系数介于0.8～1.0之间，部分测点校验系数超过1，说明结构强度较差。

2.4.3梁体裂缝

试验前对梁体裂缝进行了检查，对裂缝的宽度和长度进行了记录。试验过程梁体裂缝有变宽但长度方向未发展，卸载后部分裂缝宽度较试验前有所增加，但大部分能恢复到加载前状态。

3 结语

从以上3个检测项目数据分析得出：

1)校验系数大部分介于0.8～1.0之间，部分超过1，残余变位基本上在20%以内，说明该桥安全储备不足，梁体出现裂缝，承载能力较差，应进行加固处理。

2)对于外观检查中发现3号板与4号之间铰缝混凝土不密实、脱空的现象，在静载试验中体现为3号、4号校验系数明显偏大，说明铰缝质量对全桥的承载能力有较大的影响。