单箱双室连续弯箱梁桥静载试验

曾 勇，孙旭东，肖光烈，魏 星，范和平，罗小清

(1.重庆交通大学 山区桥梁及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.重庆市永川区公路服务中心，重庆 400074；4.中交第二航务工程局有限公司，重庆 400074；5.忠县畅达建设投资有限公司，重庆 404100)

随着科学技术的进步，我国基础建设已经超越世界很多国家，人们也更加重视对桥梁结构承载能力的评估，桥梁静载试验以其有效合理、可靠准确的优势被业内普遍运用[1]。

弯箱梁桥较直线桥梁更能适应地形地貌的变化，在目前的工程项目中运用得比较广泛。弯箱梁桥同时发生竖向弯曲和扭转挠曲变形，弯扭耦合[2]作用下，其变形值一般比直线大。弯箱梁桥较直桥来说受力更为复杂，在荷载作用下可能会有扭转、弯曲、翘曲及畸变等多种变形状态产生[3]。单箱双室弯箱梁桥相对于单箱单室弯箱梁桥，各腹板均匀分担剪力滞[4]，有效降低了剪力滞系数的峰值。然而，这类桥梁存在严重的梁外侧反力增大、内侧反力减小的问题，内梁中很可能会有负反力产生。为了确保桥通车后运营期间的稳定性，可以选择在通车前进行静载试验研究。

在某单箱双室连续弯箱梁桥上进行静载试验，验证其刚度和强度，对类似工程问题具有参考价值，为其提供实践经验。

1 工程概况

某全长83 m的单箱双室预应力混凝土连续弯箱梁桥，其横向断面分布如图1所示。桥纵坡为0.6%的上坡，桥梁平面位于直线、缓和曲线(半径50 m，左偏)和圆曲线(半径50 m，左偏)上，桥面横坡直线段按双向2%坡，曲线段根据曲线超高设置。下部结构利用钻孔桩基础和双柱墩相结合，0号和3号桥台则利用重力式U型桥台与承台桩基础相结合，桥立面布置如图2所示。人群荷载大小和汽车荷载等级分别是3.0 kN/m2和公路-I级。

图1 断面横向分布图

图2 桥梁立面布置图

2 静力荷载试验

2.1 测试方法

1)布置7个测试挠度的截面，测量挠度的工具是精密水准仪(分辨率为±0.01 mm)。

2)布置3个应力(应变)测试截面，在截面指定位置布置应变片，利用静态应变仪(分辨率为±1×10-6)测量得到应变值，根据材料弹性模量、应变与应力的关系换算得到应力值[5]。

3)裂缝观测利用裂缝观测仪(分辨率为± 0.02 mm)。

2.2 理论分析

根据竣工图尺寸和计算参数，利用MIDAS/Civil软件，构建桥梁模型并计算分析[6-7]，材料强度按照规范标准取用。计算时，用梁单元模拟主梁，计算控制断面内力和位移。有限元分析模型如图3所示。

图3 有限元分析模型

2.3 布置测点

2.3.1 静力挠度测试点

沿桥梁纵向轴线方向布置7个挠度测试截面(F2～F4、F6～F8、F10)，在各个截面两侧栏杆附近设置测试点，挠度测点的平面布置如图4所示。

图4 弯桥挠度测点平面分布图

2.3.2 静力应变测试点

布置J1、J2、J3这3个应变(应力)测试截面[8]如图5所示，F7中跨跨中截面是J1截面、第二跨和第三跨间的墩顶朝第三跨方向偏50 cm处是J2截面，考虑到弯桥梁截面设有超高且曲线段外侧弧线较长，取曲线段边跨最大正弯矩截面为J3。应变测试点主要分布在箱梁下表面和翼缘板的下表面如图6所示。

图5 J1、J2、J3截面分布图

(a)J1截面应变片编号及贴片位置

2.4 测试工况

按依托桥梁工程的实际受力和各截面变形特征，拟定不同试验工况如表1所示。

表1 静载试验工况

2.5 荷载布置

在结构分析之后，利用荷载等效的计算结果明确加载车的型号、数量和位置。各工况主桥加载车位置如图7～图12所示。试验现场如图13所示。

图7 工况1加载车分布图

图8 工况2加载车分布图

图9 工况3加载车分布图

图10 工况4加载车分布图

图11 工况5加载车分布图

图12 工况6加载车分布图

图13 现场试验图

2.6 试验荷载效率

本试验的荷载为载重汽车，车辆数量的确定由公式[9]等效换算而得。初步得到的各截面内力值和荷载效率如表2所示。

表2 荷载效率计算结果

(1)

其中：η是测试截面各个工况的荷载效率；Sstate是该桥在加载情况的计算效应值；S是J1、J2、J3截面的最不利荷载作用下的计算效应值；μ是根据规范取得的冲击系数。

3 试验结果

3.1 挠度测试结果

在静载作用下，不同工况的上下游实测挠度值与计算挠度值的对比如图14～图19所示。

由图14～图19可以看出，实测数据绘制曲线的变化趋势与计算值的曲线变化趋势基本一致，测点处计算值的绝对值均大于或等于实际测量值的绝对值，表明整个桥跨结构的竖向挠度变形处于正常区间。

(a)上游 (b)下游

(a)上游 (b)下游

(a)上游 (b)下游

(a)上游 (b)下游

(a)上游 (b)下游

(a)上游 (b)下游

3.2 应力测试结果

6种工况下实测应变和计算应变比较如表3所示(应力为正时表示该测点处受拉，为负时表示该测点处受压)。

表3 各工况应变实际测量值与计算值的比较

在各加载工况下，翼缘板上的应变实测显示数据都不大，J1、J2、J3截面底板的应力实测值变化规律基本与计算值的变化规律相符，对应的校验系数和残余变形也在正常范围之内。

3.3 裂缝测试结果

正式加载前后，J1、J2、J3截面附近的裂纹检测结果显示：未见明显裂缝。

4 结 语

本文从某单箱双室预应力混凝土连续弯箱梁桥着手，比较剖析静载试验的数据和Midas/civil软件的计算数据后得出结论：

(1)在3种加载工况下，J1、J2、J3截面计算值的绝对值均大于等于实测挠度的绝对值，挠度校验系数在合理区间内。第三跨实测挠度的最大增量为4.54 mm，约等于该桥第二跨跨径的1/5 507。在3种卸载工况下，各控制点的实测相对残余变形的最大绝对值为18.5%，低于指定限值。桥跨结构挠曲线走势光滑连续，与理论计算曲线一致性较好，说明该桥弹性工作状况良好，整体结构刚度合乎设计要求。

(2)在各种工况下，各测试截面实测应力处于正常范围内，对应的校验系数在合理区间内，相对残余应变的最大绝对值是19.4%，也低于规定限值，说明整体结构强度也合乎设计要求。

(3)加载前后，J1、J2、J3截面四周的裂缝观测结果显示，未见明显裂缝。

综上所述,当该类型桥梁受力情况正常的时候，桥梁的结构刚度和强度均合乎要求。