某連續梁橋靜載試驗研究

李忠周 謝文昌

(1.中交路橋華東工程有限公司，上海 201203； 2.長沙理工大學，湖南 長沙 410114)

某連續梁橋靜載試驗研究

李忠周1謝文昌2

(1.中交路橋華東工程有限公司，上海 201203； 2.長沙理工大學，湖南 長沙 410114)

介紹了某等截面連續梁橋靜載試驗的目的和原則，并對加載方案設計、測點布置等進行了分析說明，通過對試驗結果的分析研究得出該橋跨結構的實際承載能力、結構剛度滿足設計要求等結論，為大橋的運營和養護提供基礎數據。

連續梁橋，靜載試驗，撓度，應變，承載能力

橋梁結構荷載試驗是在橋梁結構投入使用之前對其工作狀態進行直接測試的一種鑒定手段。而荷載試驗中的靜載試驗，是通過實測的方式獲取橋梁結構控制斷面在試驗荷載作用下的撓度和應變等參數的變化值，將該實測值與理論計算值進行比較，從而對實際結構的工作狀態和使用性能做出評價。通過對實驗荷載下的結構響應進行綜合分析，對目標結構做出總體評價，為橋梁結構交竣工驗收提供受力性能方面的檢驗依據，并為同類橋梁結構設計及施工提供參考。本文以某座等截面連續梁橋靜載試驗為工程背景，介紹連續梁橋靜載試驗的內容和方法及評價。

1 工程概況

某連續梁橋總體布置為3聯6×30 m的預應力混凝土等截面連續箱梁。設計為雙向十車道，設計時速為100 km/h。橋寬2×20.5 m，為東西兩幅橋。中央分隔帶寬8 m，設計車輛荷載為汽車—超20級，掛車—120，按城市A級驗算。

上部構造采用單箱三室斜腹式箱梁，平均梁高200 cm，單幅橋箱梁頂寬2 050 cm，箱梁底寬1 250 cm，懸臂長300 cm。頂板厚24 cm，底板厚26 cm，中腹板厚40 cm，斜腹板厚45 cm。箱梁采用逐孔現澆方法施工。箱梁為單向預應力體系。下部結構中S0號橋臺為墻式橋臺，S1號～S17號橋墩單幅橋采用單柱式花瓶狀墩，全橋設計采用GPZ(抗震)系列盆式橡膠支座。橋面鋪裝為10 cm厚瀝青混凝土。上部結構箱梁采用50號混凝土，下部結構蓋梁、墩柱系梁均采用30號混凝土。該橋第三聯立面布置及加載測試斷面示意圖見圖1。

2 靜載試驗目的和原則

橋梁結構荷載試驗是在橋梁結構投入使用之前對其工作狀態進行直接測試的一種鑒定手段，它是檢驗橋梁結構的剛度、強度以及其他性能最有效、最直接的辦法。通過實測的方式獲取橋梁結構控制斷面在試驗荷載作用下的撓度和應變等參數的變化值，將該實測值與理論計算值進行比較，從而對實際結構的工作狀態和使用性能做出評價。通過對實驗荷載下的結構響應進行綜合分析，對目標結構做出總體評價，為橋梁結構交竣工驗收提供受力性能方面的檢驗依據，并為同類橋梁結構設計及施工提供參考[1,2]。橋梁靜載試驗主要按試驗前制定的試驗方案，依據現行國家技術標準、部頒標準及相關技術規范、規程進行，目前的主要依據是《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》和《公路橋梁荷載試驗規程》(征求意見稿)。

為了保證靜載試驗在實際可行的條件下達到預期目標，橋梁靜載試驗遵循如下基本原則：

1)采用各控斷面應力、各控制點位移等效的原則，計算確定各靜載試驗工況下的布載位置和相應的加載車輛數量。

2)荷載效率系數η應控制在合理范圍內，過小則無法反映橋梁結構在設計荷載下的工作性能，過大則可能對結構造成局部損壞。進行橋梁荷載試驗時，試驗效率系數應控制在0.70～1.05的范圍內。同時還應注意其他響應值不能超過相應限值。

3 試驗設計與實施方案

3.1 靜載試驗檢測內容及測點布置原則

橋梁靜力荷載試驗應至少包括以下內容[1,3]：1)橋梁結構相應位置的最大撓度；2)橋梁結構控制斷面的最大應力(或應變)；3)試驗荷載作用下的支點豎向位移；4)觀測裂縫的出現和擴展情況。

如果靜載試驗目的中包含對結構真實工作狀況的檢驗，可在實際檢測中增補以下內容：1)橋梁縱向撓度分布曲線，要求在各個橋跨內橋梁軸線上布置不少于3個撓度觀測點，同時設置支點豎向位移的觀測點；2)觀測斷面的實測應變分布圖，要求沿截面高度方向至少5個應變測點(包括最邊緣測點和截面形狀突變處的測點)。

對于連續梁橋的觀測部位應包括：重點：跨中位置撓度，跨中和支點截面應力(或應變)，支點位置豎向位移。附加：跨徑1/4處的撓度和截面應力(或應變)，支點斜截面應力。

測點的布設不宜過多，但要保證觀測質量。有條件時可用不同的測試方法進行相互校對，確保實測數據的準確性。一般情況下，要求布設的主要測點能包括對結構的最大撓度(或位移)和最大應力(應變)的測試。對于連續梁橋其主要測點一般至少應包括跨中撓度、支點沉降、跨中和支點截面應變。根據橋梁檢測工作的深度要求，結合試驗橋梁的構造特點及實際狀況，可適當加設沿橋縱向或沿控制斷面橋橫向的撓度測點、沿截面高分布或沿控制截面橋寬方向應變測點、裂縫的監測測點等[3,4]。

3.2 靜載試驗加載方案設計

該橋靜載試驗工況有：1)第3跨跨中最大正彎矩加載工況；2)第3跨支點最大負彎矩加載工況；3)第1跨跨中最大正彎矩加載工況。

由于篇幅所限本文僅列出工況1的車輛布置及加載工序圖，如圖2所示。

3.3 測點布置

撓度測點布置在加載跨支點、四分點、中點等截面位置。撓度測量主要測點布置圖見圖3。應變觀測主要采用電阻應變儀進行，具體的測點布置見圖4。

加載前，對每條裂縫的走向、寬度進行了描述，并做好了記錄；加載過程中，派專人對每條裂縫的開展情況進行了詳細測試和記錄，同時測試了新裂縫的生成和開展情況。并根據外觀檢查結果選擇有代表性的裂縫斷面進行了跨縫的應變觀測。

4 試驗成果與分析

在對工程背景橋梁的靜載試驗過程中，記錄了各試驗工況下的結構實測應變值及其殘余值，結合建模求得的理論計算值，給出了這些測試項目增量的校驗系數。通過對各荷載工況下結構響應的實測值和理論值進行比較，并分析校驗系數、殘余值與最大效應測試值的比值等參數判定結構在試驗荷載作用下的實際工作狀況，從而對實際結構的使用性能做出評價。由于篇幅所限，本文只將各個工況的重點考察項目的實驗成果進行了分析。

4.1 應變數據結果及分析

通過對本橋靜載試驗中測得的應變實測值與理論值的對比分析，發現應變實測值和理論值吻合較好，誤差較小。實測應變最大值為28 με，對應的理論計算值為31 με，計算可得相應的校驗系數為0.90；同時，應變觀測結果表明殘余應變與最大應變之比一般均小于0.2(其中最大殘余應變值為9 με，最大應變值為163 με，二者的比值為0.06)。圖5，圖6給出了工況1，3的部分重點觀察斷面主梁應變實測值(個別測點損壞無讀數)與理論值的對比曲線，對應的測點位置及其編號見圖4。應變測試結果表明該橋的主梁力學性能良好，處于彈性工作狀態。

工況1沿截面東、西兩側高度變化的實測應變曲線如圖7所示，圖中各級荷載作用下，實測應變沿截面高度的變化基本呈直線。由此得知，該檢測截面在各級荷載作用下，截面應變符合彈性理論平截面假定，截面處于彈性工作狀態。

4.2 撓度結果及分析

實驗結果數據表明，撓度實測值與理論值比較接近，校驗系數在0.7～1.05之間，最大試驗荷載作用下實測最大撓度為2.02 mm，殘余撓度為0.19 mm，扣除支點沉降影響量0.29 mm，實際跨中真實撓度為1.73 mm，對應理論值為2.12 mm，校驗系數為0.816，量測最大撓度與其殘余撓度比值為0.094。測點的實測撓度值與荷載彎矩值的大小關系結果見圖8。撓度測試結果表明主梁基本達到設計剛度，在試驗荷載作用下結構處于彈性工作狀態。

實測撓度與理論計算值的比較曲線如圖9所示。從圖中可見，實測撓度曲線與理論計算曲線基本一致，實測最大撓度均小于理論計算撓度。

5 靜載試驗結論

1)與各控制截面內力(應力)、變形對應施加的荷載的效率系數介于0.7～1.05之間，殘余變形值與總變形值的比值均在0.2左右。說明試驗荷載能夠反映出設計活載對結構的作用，試驗結

果有效。2)通過第1跨跨中最大正彎矩加載工況撓度測量結果的分析整理，可以看出各測點撓度變化隨彎矩的增大基本呈線性變化規律；實測撓度曲線與理論計算曲線基本一致，實測最大撓度小于理論計算撓度值。撓度測量結果表明在荷載作用下，該試驗跨結構處于彈性工作狀態。3)裂縫在試驗荷載作用下有一定的開展，但由于其卸載后基本恢復又表明該試驗跨結構處于彈性工作狀態。

同時，通過對該橋實施靜載試驗，基于試驗結果的分析整理建立了大橋較詳細的靜力性能檔案資料，并可作為該橋在今后運營期的檢測和評定的基準數據。而且，該橋的設計和施工可供同類型部分斜拉橋的設計與施工參考。

[1] YC4-4-1978，大跨徑混凝土橋梁的試驗方法[S].

[2] 張俊平，姚玲森.橋梁檢測[M].北京：人民交通出版社，2002.

[3] 施 洲，曹發輝，蒲黔輝.大跨度獨塔斜拉橋靜動載試驗研究[J].鐵道建筑技術，2005(1)：31-33.

[4] 任 華，李新平.廣州大橋主橋靜載試驗與分析 [J].廣州大學學報(自然科學版)，2004(4)：69-70.

Research on static load test of a continuous beam bridge

LI Zhong-zhou1XIE Wen-chang2

(1.CCCCRoad&BridgeEastChinaEngineeringLimitedCompany,Shanghai201203,China;2.ChangshaScienceandTechnologyUniversity,Changsha410114,China)

This paper introduced the purpose and principle of static load test of a continuous beam bridge, and analyzed and explained the loading scheme design, measuring points arrangement etc., through the analysis and research on test results gained the actual bearing capacity of bridge span structure, the structure stiffness meet the design requirements and other conclusions, provided basic data for the bridge operation and maintenance.

continuous beam bridge, static load test, deflection, strain, load capacity

2014-07-19

李忠周(1983- )，男，助理工程師； 謝文昌(1989- )，男，在讀碩士

1009-6825(2014)27-0183-03

U448.215

A