預應力混凝土箱梁橋荷載試驗分析

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摘要：本文介紹了某預應力連續箱梁橋的荷載試驗。通過對該橋梁檢測結果的評價和分析，了解了此橋梁結構在試驗荷載作用下的工作狀態和受力性能，檢驗了其結構承載能力，得出相關結論，可為類似橋梁的荷載試驗提供參考。

關鍵詞：混凝土箱梁橋；靜載試驗；動載試驗

1 引言

預應力混凝土連續箱梁橋變形小、抗扭剛度大、整體性好、便于養護、抗震能力強，整個橋梁外型簡潔優美，線條流暢，橋面接縫少。箱梁頂板和底板都具有較大的面積，能有效地抵抗彎矩，受力合理，便于布置管線。預應力混凝土連續箱梁橋因具有以上的優點而在橋梁結構特別是在城市立交橋和大跨度橋梁中得到廣泛應用。

2荷載試驗目的及依據

橋梁結構驗收荷載試驗是對橋梁結構工作狀態進行直接測試的一種鑒定手段。通過橋梁結構驗收荷載試驗，測試結構控制截面的靜應變、靜撓度、變形增量等試驗參數，可以判斷橋梁結構的工作狀態和受力性能，評價結構的力學特性和在設計荷載作用下的工作性能，檢驗結構承載能力是否達到設計標準，同時對橋梁的設計條件與施工質量進行評定，為竣工驗收提供依據，并為橋梁的日常運營、養護積累科學技術資料。

本荷載試驗主要參照該橋梁工程施工圖設計資料；交通部《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》；《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTJ 023-85）；《公路橋涵施工技術規范》（JTJ 041-2000）；《城市橋梁設計標準》CJJ77-98。

3 工程概述

某試驗橋梁為5×25m跨徑布置的等截面C40現澆預應力混凝土連續箱梁橋。主梁截面為單箱三室，梁高1.608m，采用橫向、縱向雙向預應力。橋寬25.6米，大懸臂達4.85米，

7.5cm瀝青砼橋面鋪裝。

下部為C25混凝土人工挖孔灌注樁基礎，C30雙柱式方柱墩身（180cm×180cm）。

設計荷載：汽超—20級，掛車—120。

4 靜載試驗

4.1 靜載試驗荷載效率

根據汽超—20級，掛—120的設計荷載標準，采用等效荷載的原則，在所測試斷面的內力影響線上，按最不利位置，根據實際加載車輛軸重，軸距等參數進行布載，依據《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》[1]中的建議，驗收試驗荷載的靜載試驗荷載效率確定為：1.05≥η≥0.8。

橋面全寬為25.600米，雙向6車道。在荷載試驗理論分析時，按設計荷載計算理論活載內力，并進行加載試驗配車。設計荷載采用的是車隊荷載，以標準的一輛重車和多輛主車進行加載。實際試驗車采用的城市B級車輛荷載的重車（前軸重6噸，中后軸重24噸）加載，考慮到橋面通行設計為6車道行車，經過理論計算確定，采用4車道布載，使主梁內力和變形等相關參數的響應值均在荷載效率系數允許范圍內。

4.2 靜載試驗加載車輛

本次試驗荷載選用6輛相當于城市B級車輛荷載中重車的30T自卸車，其主要技術指標為：前軸距為3.6m，后軸距為1.2m；前輪距為1.8m，后輪距為1.83m。

4.3 試驗測試儀器、設備

主梁撓度測量采用NA2精密水準儀和百分表測量；應變測試采用電阻應變測試儀。

4.4 靜載試驗數據分析方法

通過數據分析比較實測撓度與理論值的符合程度，因為撓度大小反映了結構的剛度，一般實際結構的剛度大于理論計算所采用的剛度，故實測撓度偏小一點是正常的。《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》[1]對于此類型橋梁要求實測值與理論值之比在0.7至1.0之間。撓度的殘余量是評判結構殘余變形的指標，《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》[1]要求試驗效率最大部位的結果比值不大于0.20（α1）。此值計算方法為：

其中，s p為實測的殘余變形，s tot為量測的總變形量。

關鍵截面的應變反映了截面內力情況，通常情況下實測應變偏小一點是正常的。應變實測值與理論值的比值和殘余量也可以類似撓度一樣分析。

4.5 測試內容及加載工況

各試驗工況下的測試內容主要包括：主梁控制點撓度測量，跨中和支座截面的應變測試。由于試驗橋梁已經建成試通車，二期恒載已上橋，為避免影響橋梁使用，撓度及應變測點均布置在箱梁的底部，詳細布置見圖4-5-1、4-5-2。

4.6 實測及計算結果

其實測結果與理論值比較如下表4-6-1、4-6-2所示。

在中跨偏載試驗荷載下各測點的實測撓度與理論撓度橫向分布曲線圖如圖4-6-1所示，實測應變與理論應變橫向分布曲線圖如圖4-6-2所示。

5 動載試驗

動力荷載試驗選定靜載試驗內力較大的中跨跨中截面進行動載試驗，選擇城市B級車輛荷載中30T重的試驗車。

5.1 動載試驗內容和試驗工況

5.1.1 無障礙行車試驗

橋面無任何障礙的情況下，采用一輛試驗車以20km/h、30km/h、40km/h的速度駛過試驗橋跨，測定橋跨結構在運行車輛荷載的作用下的動力反應，根據橋梁振動的最大應力幅值求出不同車速下橋跨的動態應變增量系數。

5.1.2 剎車試驗

一輛試驗車以30km/h的速度在中跨中線截面進行緊急剎車，測定主梁相應截面的動應變及增量，以判斷橋梁在緊急制動時的動力系數。

5.2 動載試驗的測點布置

無障礙行車試驗與剎車試驗測點布置斷面見圖4-5-1中跨中斷面，橫截面應變片布置如圖4-5-2所示。

5.3 動載試驗儀器

采用動態電阻應變測試儀和10通道數字動態應變儀。

5.4 實測及計算結果

主橋中跨動載試驗測試結果如表5-4-1、5-4-2所示。

6 分析及結論

（1）靜載試驗工況包括中載和偏載試驗，荷載效率系數控制在0.8～1.05之間，滿足《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》[1]（以下簡稱《試驗方法》）中有關條文的規定。

（2）在各靜載試驗工況下，實測主梁撓度、應變與理論計算值吻合良好。主梁撓度和應變的實測值與理論值之比均在0.7～1.0之間，殘余值與實測值之比也小于0.2，一般在0.1以內，說明結構處于良好的彈性狀態，關鍵截面受力狀況良好。

（3）各加載試驗工況加載步的試驗均值與理論均值比值基本保持相同，說明各加載步下結構的實際剛度保持不變，結構處于彈性狀態。

（4）測到的結構最大變位以及關鍵截面應變的總值均未超過設計標準的容許值。

（5）從圖4-6-1和4-6-2中可以看出：實際橫向分布與理論橫向分布在分布規律上吻合較好，且實際橫向分布線性規律明顯，說明箱梁受力合理，整體性好。

（6）動載試驗表明：試驗實測的無障礙行車最大動力系數為1.141，剎車最大動力系數為1.153，均小于車輛荷載的設計沖擊系數[2]1.245和車道荷載的設計沖擊系數[2]1.190。根據以上結果可認為主橋中跨實測的動力系數在合理范圍之內，取用設計沖擊系數進行設計是安全可靠的。

參考文獻：

[1]交通部公路科學研究所等.《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》[R].1982

[2]建設部城市建設研究院等.《城市橋梁設計荷載標準CJJ77-98》[S].1998