大跨度预应力混凝土连续刚构桥梁静力试验研究

惠兴智

（山西省交通科技研发有限公司，山西 太原 030032）

开展静力试验是检测大跨度预应力桥梁安全与否的重要方法之一，近年来，国内学者对此进行了一些研究，主要有：文献[1-2]分别对4个部分预应力混凝土扁梁框架节点进行拟静力试验研究，并基于试验重点分析了节点的变形能力和刚度退化等性能，此外，针对低周反复荷载作用下，对预应力混凝土框架节点的破坏机理进行了详细分析。文献[3-4]以某地大跨径预应力混凝土V形工程为研究对象，进行了静载试验研究，并对连续刚构桥静力特性分析，最后将实测数据与数值模拟数据进行对比，进行了相互验证。文献[5-6]针对某桥梁开展荷载试验，并建立弯桥的有限元模型，重点分析了桥梁在设计活荷载下的静力和动力特性，最终对桥梁的应变和挠度，以及频率和振型进行了细致分析。本文主要以某大跨度预应力混凝土连续刚构为研究对象，对桥梁静载试验的过程进行了归纳总结，重点对桥梁主桥在控制断面或桥跨等分点处挠度、桥跨控制断面应变（应力）、试验过程中的裂缝和异常现象进行了记录和观测。

1 工程概况

某全桥共2联，上部结构为6×20 m先简支后结构连续T梁+（86+160+86）m预应力混凝土连续刚构，下部结构主墩由两片薄壁墩组成，每片薄壁墩采用矩形实心截面。

墩身上部端与箱梁0号梁段固结，下端部与承台固结。过渡墩采用柱式墩，主墩承台采用（14.0×14.0×5.0）m矩形承台，主墩桩基均采用9根直径为2.0 m桩基，过渡墩采用2根2.5 m桩基；桥台为重力式U型桥台，群桩基础。主桥立面图和横断面图如图1和图2所示。

图1 主桥立面图（单位：m）

图2 典型断面图

2 试验过程与方法

2.1 试验内容

试验内容主要包括有：a）桥梁断面挠度监测；b）桥梁断面的应变监测；c）裂缝观测；d）异常现象观测。

2.2 试验点布置

2.2.1 挠度测点布置

如图3所示，挠度测试截面及测点在主桥全桥近似等分布置挠度测点，纵向2条测线，布置在护栏带两侧。

图3 主桥挠度测点布置（单位：m）

2.2.2 应变测点布置

如图4所示，共设置J1、J2、J3截面，每个截面上各布置8个测点，各断面测点位置详见图5，其中图中“”标记为混凝土表面应变测点。

图4 主桥应变测试截面布置（单位：m）

图5 各控制截面应变测点布置

2.3 试验方法

2.3.1 试验荷载

本次试验主要依据对桥梁断面控制截面内力的等效法则来布置荷载。试验之前对加载所使用车辆进行重量测定并编号，表1为试验车辆技术参数表，其中前-中轴距a均为3.80 m，中-后轴距b均为1.35 m，轮距均为1.80 m，图6为试验车辆示意图。

图6 试验车辆示意图

表1 试验车辆技术参数表 kN

2.3.2 试验荷载效率

静力试验荷载按控制内力、应力或变位等效原则确定。依据《公路桥梁荷载试验规程》JTG/T J21-01—2015第5.4.2条静力荷载试验效率ηq，对竣工验收荷载试验，宜介于0.85～1.05之间。

式中：Ss为静力试验荷载下的桥梁控制截面位移或者内力的最大计算效应值；S为此时的最不利效应计算值；ηq为荷载效率；μ为冲击系数。

2.3.3 加载布置

主桥各工况试验车辆加载纵向布置图见图7，工况5和工况6因与工况1和工况2对称，未列出。图8为主桥加载试验车辆横向布置图。

图7 主桥加载车纵向布置图（单位：m）

图8 主桥加载试验车辆横向布置（单位：cm）

2.3.4 加载方式

本次试验采用分级加载的方式，卸载过程中采用缓慢有序的方式。具体的加载程序如下：第一步按照试验满载的1/2～2/3进行预加载试验；第二步通过对加载车辆进行自然分级，共进行3级加载；第三步为采用缓慢有序的方式分级卸载。

如表2所示，试验过程中分别进行了中、偏载试验，表中罗马数字对应表1中的车辆编号。英文“YCS”代表应力分级的测试；“NCS”代表挠度的分级测试；“Le”代表裂缝的监测。

表2 主桥各加载工况具体布载情况及对应的测试项目

3 试验结果分析

主要以J1和J3截面为例进行研究分析。

3.1 主桥J1截面试验结果

3.1.1 挠度

偏载和中载试验工况下，挠度实测结果与计算满载值的比较见表3～表6。表中挠度向下为正，实测挠度均为试验荷载作用下的挠度增量，试验环境为阴转晴，试验温度为20℃～23℃。

表3 J1截面工况2偏左侧加载左侧挠度测线

表6 J1截面工况1中载加载右侧挠度测线

表4 J1截面工况2偏左侧加载右侧挠度测线

表5 J1截面工况1中载加载左侧挠度测线

由表可知，本次试验中，截面J1最大实测挠度值为8.79 mm，挠度的校验系数η介于0.58～0.85。不同试验工况下监测点的相对残余挠度均小于规范要求的20%，并且在卸载过程中未出现异常且卸载完毕后恢复原貌。综上可知，该大跨度预应力混凝土连续刚构桥满足公路-I级的正常使用要求。

3.1.2 应变

试验荷载下，测试截面的实测应变及与计算应变的比较见表7、表8。

表7 J1截面工况2偏左侧加载实测和计算应变检测结果

表8 J1截面工况1中载加载实测和计算应变检测结果

表中应变受拉为正，实测应变均为试验荷载作用下的增量，测试截面混凝土设计等级为C50，弹性模量Ec=3.45×104MPa。本次试验环境为阴转晴，温度为20℃～23℃。

由表可知，本次试验中，截面J1最大应变的校验系数介于0.44～0.73。不同试验工况下监测点的相对残余应变均小于规范要求的20%，并且在卸载过程中未出现异常且卸载完毕后恢复原貌。综上可知，该大跨度预应力混凝土连续刚构桥满足公路-I级的正常使用要求。

3.1.3 裂缝观测

本次试验过程中，均未发现裂缝。

3.2 主桥J3截面试验结果

由于篇幅有限，本节未列出具体的试验数据，以下给出主桥J3截面试验结论。

3.2.1 挠度监测

本次试验中，截面J3最大实测挠度值为26.76 mm，挠度的校验系数η介于0.60～0.77。不同试验工况下监测点的相对残余挠度均小于规范要求的20%，并且在卸载过程中未出现异常且卸载完毕后恢复原貌。综上可知，满足公路-I级的正常使用要求。

3.2.2 应变监测

本次试验中，截面J3最大应变的校验系数介于0.46～0.65。不同试验工况下监测点的相对残余应变均小于规范要求的20%，并且在卸载过程中未出现异常且卸载完毕后恢复原貌，满足公路-I级的正常使用要求。

3.2.3 裂缝观测

本次试验过程中，均未发现裂缝。

4 结论

本文主要以某大跨度预应力混凝土连续刚构为研究对象，对桥梁静载试验的过程进行了研究分析，得到以下结论：

a）试验中，截面J1和J3最大实测挠度值分别为8.79 mm和26.76 mm，挠度的校验系数η分别介于0.58～0.85和0.60～0.77。不同试验工况下监测点的相对残余挠度均小于规范要求的20%，并且在卸载过程中未出现异常且卸载完毕后恢复原貌，即该大跨度预应力混凝土连续刚构桥满足公路-I级的正常使用要求。

b）试验中，截面J1和J3最大应变的校验系数分别介于0.44～0.73和0.46～0.65。不同试验工况下监测点的相对残余应变均小于规范要求的20%，并且在卸载过程中未出现异常且卸载完毕后恢复原貌。即该大跨度预应力混凝土连续刚构桥满足公路-I级的正常使用要求。

c）试验过程中，均未发现裂缝，满足表观要求。