单箱双室连续箱梁桥荷载试验研究

曾 勇，薛晓芳，魏 星，范和平，罗小清，肖光烈

(1.重庆交通大学 山区桥梁与隧道工程国家重点实验室，重庆 400074；2.重庆交通大学 山区桥梁结构与材料教育部工程研究中心，重庆 400074；3.中交第二航务工程局有限公司投资事业部，重庆 400074；4.重庆忠县畅达建设投资有限公司，重庆 404100；5.重庆市永川区公路服务中心，重庆 400074)

目前，我国桥梁建设正处于高峰期，越来越多的预应力混凝土连续梁桥正在设计、建设，为了保证此类桥梁设计的合理性和安全性，需要对其承受荷载的能力进行评估。桥梁静载试验能够查验主梁受力情况以及承载能力是否满足规范的要求[1]，被业界人士广泛应用。张宝华[2]根据静载试验获得某桥控制截面的挠度和应力值并与理论值进行对比，检验此桥承受荷载的能力是否满足规范要求，以确保今后桥梁运营的可靠性与安全性。何平[3]通过荷载试验对连续箱梁桥进行安全性能的评定。柯鹏[4]通过单箱四室预应力混凝土连续箱梁桥的荷载试验案例，详尽讲解了桥梁静、动荷载试验的内容、方法以及整个试验过程。

本文以某单箱双室预应力混凝土连续梁桥为研究对象，对该桥进行了荷载试验。通过检测该桥梁在6种荷载工况下控制截面的最大变形、应力和应变值，并与设计值进行对比，判断此桥的刚度、强度是否满足要求，为同类桥梁检测提供实践经验。

1 工程概况

某单箱双室预应力混凝土现浇连续箱梁桥，桥梁总长为60 m，宽度为12 m，横断面布置：1.5 m(人行道及栏杆)+7.5 m(行车道)+1.5 m(曲线加宽值)+ 1.5 m(人行道及栏杆)，下部结构为柱式墩+钻孔桩基础；0号桥台为重力式U型桥台+承台桩基础，2号桥台采用重力式U型桥台+明挖扩大基础。道路等级为二级，结构安全等级为一级，汽车荷载为公路—I级，人群荷载为3.0 kN/m2。桥梁立面布置图见图1。

图1 桥梁立面布置图(单位：cm)

2 静力荷载试验

2.1 测试工况

依据相关规范标准的规定，按桥梁的受力与变形特点，拟定该桥静载试验工况见表1。

表1 静载试验工况

2.2 理论分析

在计算参数确定的基础上，采用结构设计建模软件MIDAS/Civil[5-6]对此梁进行建模并计算分析。根据竣工图纸的尺寸建立桥梁模型，材料强度按照规范标准取用。计算时，用梁单元模拟主梁，从而计算控制断面内力和位移。有限元分析模型见图2。

图2 有限元分析模型

2.3 测试方法

(1)挠度采用精密水准仪和电测百分表进行测量，本次试验共布置9个测试截面。

(2)应力(应变)采用应变片和静态应变仪进行测量，在测试截面的表面布置应变测点，应力值由材料弹性模量换算而来，本次试验共布置2个测试截面。

2.4 测点布置

2.4.1 静力挠度测点

沿着主桥纵向布置9个挠度测试截面，在各个截面两侧栏杆附近设置测点，F1～F5、F9采用分辨率±0.01 mm的水准仪进行测量，F6～F8采用电测百分表进行测量，挠度测点立面布置图和平面布置图分别见图3和图4。

图3 主桥挠度测点立面布置图

图4 主桥挠度测点平面布置图(单位：cm)

2.4.2 静力应变测点

本桥的应力(应变)的测试截面共有2个，分别为J1、J2。采用应变片和静态应变仪测试得到应变值，根据材料弹性模量理论值换算得到应力值。图5、图6分别为应力测试截面位置示意图和截面应变测点布置图。

图5 应力测试截面位置示意图(单位：cm)

图6 截面应变测点布置图(单位：cm)

2.5 荷载布置

根据结构分析和荷载等效的计算结果来确定加载车辆的数量、规格。加载车辆数量以及规格由结构分析和荷载等效的计算结果来确定。为了保证试验的荷载效率在合理范围内，荷载试验前，需要将所有加载车辆进行称重，根据称重结果对车辆进行编组，并确定各工况的加载位置。图7为主桥车辆加载位置示意图。

图7 主桥车辆加载位置示意图(单位：cm)

2.6 试验荷载效率

本试验的荷载为载重汽车，车辆数量的确定由式(1)等效换算而得[7]。对于该桥而言，各控制截面的弯矩由设计荷载计算得到，并依此进行荷载设计。主桥各试验截面的内力值以及荷载效率见表2。

表2 荷载效率计算结果

(1)

式中：η，静力试验荷载效率；Sstate，检验项目在加载下的计算效应值；S，设计控制荷载作用下检验项目的最不利计算效应值；μ，规范采用的冲击系数。

3 试验结果

3.1 挠度测试结果

在静载作用下，各个工况的实测最大变形值与计算值的对比见图8。

图8 各工况实测最大变形值与计算值的对比

由图8可知：实测桥跨挠曲变形规律与计算值相符，且主要测点的实际测量值小于计算值，表明桥跨结构的整体变形状态正常。

3.2 应力测试结果

在试验加载条件下，各个测量截面的实测应变与计算应变的比较见表3～表7。表中负号表示应力受压。

表3 工况1应变实际测量值与计算值的比较

表4 工况2应变实际测量值与计算值的比较

表5 工况3应变实际测量值与计算值的比较

表6 工况4应变实际测量值与计算值的比较

表7 工况5应变实际测量值与计算值的比较

由表3～表8可知：不同加载条件下，各测试截面底板的实际应变测量值的变化规律与计算值的变化规律基本相符，校验系数和相对残余应变也均在正常范围。

表8 工况6应变实际测量值与计算值的比较

4 结论

本文利用静载试验对某单箱双室预应力混凝土连续梁桥进行分析，并将实测结果与模型计算结果进行对比得出以下结论：

(1)在试验荷载条件下，各控制截面的实测最大变形值小于理论计算值，并处于合理范围内。卸载之后，各测点的实测相对残余变形量在规范限值之内。主桥桥跨结构挠曲线走势光滑连续，与理论计算得到的曲线形状一致，说明此桥整体工作性能好，结构刚度满足规范要求。

(2)在试验荷载条件下，桥跨结构各测试截面的实测应力值在正常范围内，结构强度满足规范要求。

(3)加载前后，箱梁测试截面附近位置并没有发现可见的横向裂缝。综合分析可知，该桥处于正常受力状态之下，结构刚度、强度均符合规范要求。