高速公路特大橋靜力荷載試驗研究

毛 亮

(河北省遷安市交通運輸局)

公路橋梁的靜力荷載試驗是將靜止荷載作用到橋梁上指定位置上，目的是測試出結構的靜應變、靜位移以及裂縫等，從而能夠推斷出橋梁結構在荷載作用下的工作狀態以及使用能力。通常情況下是以緩速行駛到橋上的特定載重級別的車輛荷載作為靜載，以達到試驗目的。以高速公路特大橋例為對重靜力荷載試驗進行詳細的闡述。

1 橋梁概況

某特大橋位于冀魯界段高速公路，與河流交角70°，橋梁全長1 057 m。其上部結構為30～35 m預應力混凝土先簡支后連續小箱梁，下部橋臺采用肋板式橋臺。橋梁設計荷載為公路I級，設計車速120 km/h。

2 靜力荷載試驗概況

荷載試驗時全橋已全部建成具備了通車條件，試驗前根據全橋質量狀況并結合現場情況，選取上行方向為荷載試驗橋孔。試驗工作主要包含前期準備及現場實施兩部分，前期準備包括結構計算、測試截面及加載方式的確定等，現場實施內容為靜載試驗。

3 靜載試驗

3.1 靜載試驗概況

(1)靜載試驗內容

該特大橋全橋共30跨，根據現場條件及結構的受力特點，選取上行方向為試驗孔，主要測試截面及內容如下。

第8孔跨中截面(A截面)測試箱梁側面應變沿截面高度的變化及箱梁底撓度，上行方向JS8橋墩附近截面(B截面)的加載沉降，JS7墩頂截面(C截面)，測試應變沿梁高范圍內的應變變化情況及墩處的加載沉降，第7跨(JS6-JS7)L/2截面(D截面)的撓度變化。

(2)測試截面

測試截面如圖1所示。

(3)加載車概況

本次靜載試驗采用8輛約35 t重車進行加載。

圖1 連續箱梁測試截面布置示意圖

3.2 靜載試驗結果

(1)預應力混凝土連續梁A截面承載能力測試

對預應力混凝土連續梁(JS7—JS8)上行第8跨A截面(L/2)進行偏心加載，測試A截面的應變、B、C(支點)截面沉降、D截面撓度等。

用6輛加載車對A截面進行偏心加載，分級荷載試驗。

(2)A截面測試結果及數據分析

實測A截面各測點實測應變值可知截面各測點實測應變殘余均較小，說明測試截面變形處于彈性工作狀態。根據A截面各測點實測應變值繪制1#梁外側實測應變沿截面高度變化圖2，給出了最大級加載工況下1#梁外側實測應變沿截面高度的變化情況。

圖2 1#梁外側實測應變沿截面高度變化圖

從圖2可以看出，1#梁外側實測應變沿截面高度基本呈線性變化，滿足平截面假定，從圖3中可以查出實測中性軸高度為1.22m，比理論值1.17m略大，說明橋面鋪裝和防撞護欄等參與了結構受力。

經現場觀測，在各級偏心試驗荷載加載過程中，試驗孔A截面小箱梁下緣未產生裂縫。

通過分析A截面各測點實測應變值及圖2中數據可知，在各級偏心荷載作用下，A截面梁側及梁底各應變測點實測應變不大、分布及變化較均勻，無畸變及退化現象，橋梁結構處于正常工作狀態。

根據A截面撓度測點在各級偏心荷載下的實測撓度值可知，實測撓度殘余較小，相對殘余均＜10%，滿足試驗規范的要求，說明結構整體處于彈性工作狀態。圖3為在A截面偏心加載工況下A截面各測點的撓度實測值與理論值的比較圖。

圖3 A截面偏心加載各梁實測撓度與理論值對比圖

從圖3中可以看出，A截面梁底測點在各級加載下各數值連線曲線光滑，規律性強，且各級荷載的撓度曲線均遠小于理論計算值。故可推斷試驗孔梁體剛度良好，并存在較大的安全儲備，各片箱梁間連接性能良好。

在實測最大級偏心試驗荷載作用下，該橋1#～5#箱梁計算撓度值依次為17.60 mm，16.64 mm，12.97 mm，7.62 mm，4.88 mm，與實測值作比可以求出以上5片箱梁撓度校驗系數分別為 0.5，0.48，0.49，0.66，0.81。以上校驗系數除4#、5#梁外均比《評定規程》中規定的預應力混凝土橋結構撓度校驗系數范圍(0.60～1.00)略低，說明該橋試驗孔梁體剛度較大，并存在一定的安全儲備。

截面實測最大撓度為 9.02 mm，遠小于 L/600=35 000 mm/600=58.3 mm，結構剛度滿足要求。

3.3 小結

從圖2中可看出，在最大級偏心作用下A截面邊梁側面實測中性軸高度分別為1.22 m和1.21 m，略高于理論計算值1.17 m。箱梁側面實測應變值沿截面高度基本呈線性變化，滿足平截面假定，說明小箱梁結構處于彈性工作狀態。通過試驗加載過程中對A截面小箱梁下緣的觀察，無任何裂縫出現，可知上部結構小箱梁抗裂性滿足要求。

撓度校驗系數偏低的原因分析起來主要為，(1)小箱梁結構自身的剛度較大。(2)本橋施工質量較好，橋梁的橫向聯結與整體性良好。(3)橋面鋪裝與防撞護欄在成橋階段與箱梁一起參與了結構受力。同時，結合以往類似工程檢測經驗，可知出現撓度校驗系數偏低的情況是符合橋梁實際剛度情況的，也說明橋梁剛度較好。

圖3中撓度數據可以看出，在偏心及對稱荷載的作用下，跨中截面(A測試斷面)梁底撓度測點實測數值連線光滑而有規律，與理論計算值總體趨勢一致且均小于理論值。

通過以上對撓度和應變數據分析可知，橋面鋪裝與防撞護欄參與了上部結構受力，小箱梁結構的強度、剛度及抗裂性均滿足設計要求，且存在一定安全儲備，試驗孔加載時上部結構及現澆縫處于正常工作狀態。

4 檢測結論及建議

4.1 結論

通過對高速公路某特大橋荷載試驗的實測數據與理論計算對比、分析可以得出以下結論。

(1)該橋的箱梁強度測試結果滿足設計要求，結構的強度較高，且具有一定的安全儲備。(2)該橋的撓度測試結果滿足設計要求，結構剛度較大，橫向連接及整體性良好。(3)該橋的動載測試結果滿足設計要求，具備安全舒適行車的條件。

綜上所述，該橋的承載能力滿足設計要求，具備設計荷載作用下的通行能力。

4.2 建議

為了提高該橋結構的使用耐久性，應加強橋梁的后期養護與管理，保證本橋的長期安全、正常運營。

總之荷載試驗是檢驗橋梁工程設計、施工質量和結構受力性能的重要手段，其結果是工程交竣工驗收的主要依據之一，對橋梁營運養護與長期監測工作也有著十分重要的指導意義。

［1］ 潘美萍.廣西某大型斜拉橋靜載試驗監測與分析［J］.地礦測繪，2010，(3).

［2］ 黃華通.武漢某橋橋梁荷載試驗分析［J］.山西建筑，2007，(27).

［3］ 鄭偉.關于公路橋梁荷載試驗相關問題的討論［J］.山西建筑，2009，(28).