在役預應力箱梁承載能力試驗研究

王建立

河南省郵政公司（450000）

0 引言

預應力混凝土箱梁橋是我國最常見的橋梁結構形式之一，隨著交通建設的飛速發展，大量的預應力混凝土箱梁橋出現在了我國公路和城市道路網絡之中[1]。對此，加強對在役預應力混凝土箱梁橋的承載能力檢測評定，保證其健康、安全服役，保障人民生命財產的安全，以使其發揮最大效能的經濟效益。所以，橋梁結構承載能力檢測評定研究一直以來都是國際橋梁界的關注的熱點問題。

在役預應力混凝土箱梁結構承載能力評定包括持久狀況下承載能力極限狀態和正常使用極限狀態。承載能力極限狀態針對的是結構或構件的截面強度和穩定性，正常使用極限狀態主要針對結構或構件的剛度和抗裂性[2]。

1）配筋預應力混凝土箱梁承載能力極限狀態，可依據檢測結果按式1進行計算評定。

式中∶Z1—承載能力檢驗系數；ξe—承載能力惡化系數；ξc—配筋混凝土結構的截面折減系數；ξs—鋼筋的截面折減系數。

2）配筋預應力混凝土箱梁正常使用極限狀態，按公路橋涵設計規范及檢測結果按式（2）～式（4）進行評定∶

1 預應力混凝土箱梁荷載試驗

1.1 檢測目的及內容

通過靜載試驗，測定結構的靜力效應（靜應變和靜位移等），分析和評定該橋承載能力和安全性，了解結構的實際受力狀況和工作狀況，為日后橋梁運營、養護及管理提供科學依據。

根據外觀檢測結果，結合現場情況，經研究確定檢測預應力混凝土箱梁控制截面（跨中截面、L/4截面）的應變、撓度及箱梁裂縫開展情況等內容。

1.2 測點布置及檢測方法

依據試驗目的和檢測內容進行測點布置，預應力混凝土箱梁的撓度測點10個,應變測點36個，其測點具體布置如圖1～圖3所示∶

本次試驗采用CM-2B應變儀自動采集、控制其試驗數據，采用混凝土應變片測定其應變，量程為100 mm位移計測定其撓度,裂縫觀測由光電裂縫讀數儀觀測監控配合人工監控。

1.3 試驗加載方案

依據GB 50152-92[3]及參考文獻，該在役預應力混凝土箱梁實際梁長29.58 m,計算跨徑29.12 m，采用跨中1/2處截面加載,試驗荷載由原設計單位提供，其加卸荷載等級分類見表1。

表1 試驗加載等級分類

1.4 破壞準則

箱梁結構產生如下反應時，試驗即終止∶①荷載達到預定的最大荷載時；②橋的變形（撓度、梁端轉角）或應變超過允許限值（計算值）的105%時；③梁體出現超過允許寬度的裂縫時；④加載設備出現異常情況時；有可能發生安全問題時；⑤測試元件出現異常時；⑥出現其他影響試驗繼續正常進行的情況時。

2 試驗結果對比

2.1 撓度試驗結果對比分析

該預應力混凝土箱梁撓度的試驗值、近似計算值如表2所示，其荷載撓度曲線如圖4所示，L/2控制截面試驗值與計算值的對比如圖5所示，L/4、3L/4截面試驗值與計算值對比如圖6、圖7所示。

對比表2、圖4～圖7可知，該箱梁在加載等級荷載作用下，試驗梁荷載撓度曲線變化較為圓滑，試驗值與計算值差別較小，主要結論有∶

①依據JTG D62-2004[4],當箱梁L/2跨加載力達到設計荷載時，跨中最大撓度ωmax=17.50 mm＜L/600=29120/600=48.5 mm,其試驗值滿足JTG D622004[1]國家規范的要求，剛度能夠滿足正常使用要求，安全儲備較高；

②在試驗過程中，沒有發現梁體產生新裂縫，結構的殘余變形也很小，由圖5知，結構滯回曲線相對閉合，說明該預應力混凝土箱梁在設計荷載作用下，其工作性能處于彈性工作狀態，其計算可按彈性理論計算方法計算。

③由圖6、圖7知，該預應力混凝土箱梁在加載等級荷載作用下，測點L/2、L/4、3L/4跨處的撓度離散性不大，其值在2.0%以內，說明該箱梁整性能較好，進一步驗證JTG D62-2004[4]撓度計算公式的可行性；

表2 控制截面撓度試驗值及近似計算值（mm）

2.2 L/2控制截面混凝土應變試驗結果對比分析

該箱梁的混凝土應變試驗值、近似計算值如表3所示,其L/2控制截面的混凝土應變沿截面高度變化如圖8所示，試驗值與計算值對比圖如圖9所示。

表3 控制截面混凝土應變試驗值及近似計算值

1）由圖8可知，混凝土應變沿梁截面高度變化較為均勻,可基本假定其變化規律符合線性變化，結合無損檢測技術,說明箱梁材質滿足規范JTJ/T21-2011[2]的要求。

2）由圖9可知，預應力混凝土箱梁的混凝土應變（梁頂壓應變、梁底拉應變）試驗值小于計算值，其最大拉應變0.000 26遠小于混凝土極限拉應變0.003 3，安全儲備較高，其應力試驗值滿足JTG D62-2004[4]國家規范的要求。

2.3 裂縫

試驗過程中沒有發現裂縫出現，說明該預應力混凝土箱梁在設計荷載作用下，其強度具有一定的富裕度。

3 結論

通過試驗分析研究，主要結論如下∶

1）經試驗，在設計荷載作用下，該預應力混凝土箱梁控制截面L/2跨處撓度fd1=17.5 mm＜Z1fL=1.0×48.5 mm=48.5 mm，滿足 JTJ/T21-2011[2]國家規范的要求，安全儲備較高。

2）試驗梁混凝土最大應變試驗值260×10-6遠小于其混凝土極限開裂應變，材質性能較好，安全儲備較高。

3）在試驗過程中，沒有發現梁體產生新裂縫，結構的殘余變形較小，說明該預應力混凝土箱梁在設計荷載作用下,其工作性能處于彈性工作狀態，其計算可按彈性理論計算方法計算。

依據JTJ/T21-2011[2]，結合現場無損檢測技術，該預應力混凝土箱梁承載力檢綜合評定為合格。

[1]王炎,王東煒,趙湘育.基于施工組合缺陷的預應力箱梁試驗研究[J].河南科學,2011,29(4):439~442.

[2]中華人民共和國交通運輸部.JTG/T J21-2011,公路橋梁承載能力檢測評定規程[S].北京:人民交通出版社,2011.

[3]GB 50152-92,混凝土結構試驗方法標準[S].北京:中國建筑工業出版社,1992.

[4]JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].中華人民共和國交通運輸部,北京:人民交通出版社,2004.