高速公路箱梁靜載試驗檢測與分析

苗蘭弟

(陜西鐵路工程職業技術學院，陜西 渭南 714099)

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高速公路箱梁靜載試驗檢測與分析

苗蘭弟

(陜西鐵路工程職業技術學院，陜西 渭南 714099)

摘要：針對某高速公路箱梁進行了靜載試驗。研究了箱梁試驗加載方案及測點布置，然后通過對試驗截面進行逐級加載，現場觀測橋梁結構的應變和撓度。將實測值和理論值進行對比分析，結合公路橋梁相關規范，驗證結構的安全穩定性能。

關鍵詞：高速公路；箱梁；靜載試驗；應變；撓度

1工程概述

某高速公路工程設計荷載為公路Ⅰ級，某段橋梁結構采用預應力混凝土組合箱梁，橫向由4片主梁組成，采取先簡支后連續結構。全橋分為4聯，每聯4孔，共16孔，大橋全長474.2 m，單跨標準跨徑29.2 m。

2靜載試驗檢測內容

施工現場選取林州方向右幅邊跨、次邊跨為試驗對象，選取邊跨跨中截面(A截面)、次邊跨跨中截面(B截面)、支點截面(C截面)共3個測試截面，如圖1所示。本橋的主要測試內容包括應變測試和撓度測試兩部分，根據測試截面的受力特點布置沿截面高度的應變測點和撓度測點。檢測依據是JTG/T J21—2011《公路橋梁承載能力檢測評定規程》，以下簡稱《規程》。

圖1　測試截面布置示意圖

3試驗加載方案

3.1荷載工況

根據測試內容，本橋梁的荷載試驗的布載方式為：對A、B截面，根據其彎矩影響線分別橫向偏心布載及橫向對稱布載；針對1#墩支點截面(C截面)，按照彎矩影響線橫向偏心布載。

3.2試驗車概況

3.2.1試驗車概況

本次靜載試驗加載的車重約為40 t，共4輛，車輛尺寸如圖2所示，各軸實際重量見表1。

圖2　加載車輛尺寸/cm

t

3.2.2試驗車輛荷載布置

試驗車輛荷載布置如圖3～5所示，各載位的分級加載表見表2～4。

(a)A截面偏心荷載布置圖

(b)A截面對稱荷載布置圖

分級設計彎矩/(kN·m)X/m試驗彎矩/(kN·m)荷載效率邊跨第一級5857823670.40邊跨第二級5857549230.84邊跨第三級5857261581.05

(a)B截面偏心荷載布置圖

(b)B截面對稱荷載布置圖

注：本次荷載試驗采用分級加載，其中邊跨和次邊跨跨中正彎矩加載按照車輛在影響線的不同位置形成分級。

圖5　C截面荷載布置圖

分級設計彎矩/(kN·m)X/m試驗彎矩/(kN·m)荷載效率支點截面第一級-48245-29920.62支點截面第二級-48243-39460.82支點截面第三級-48242-45200.94

注：支點截面的分級加載通過邊跨加載實現。

3.2.3荷載試驗效率

試驗彎矩(kN·m)和效率系數見表5。

表5　試驗彎矩(kN·m)和效率系數表

4靜載試驗測點布置

本橋撓度測試截面選擇分別為：針對A截面和B截面，截面處的每片小箱梁設置一個撓度測點，并在0#臺、1#墩、2#墩處各設置2個支點沉降測點，共設14個撓度測點，如圖6所示。

圖6　各截面撓度測點布置圖

本橋應力(應變)測試截面為A截面、B截面、C截面共3個截面。其中，A截面、B截面的應變測點設在每片梁的梁底，各梁均設置一個應變測點，另外，C截面的應變測點設置在腹板外側面，設置5個應變測點[1]，測點具體設置位置如圖7(a)～7(c)。

(a)A截面應變測點

(b)B截面應變測點

(c)C截面應變測點

5試驗加載

5.1加載方式

本試驗根據各控制截面的內力影響線，用4輛40 t重的加載車進行布載，通過移動不同的加載車而使各測試截面達到試驗目標值，從而使各測試截面的實測力矩與標準貨載作用下的設計力矩之比滿足試驗荷載效率的要求[2-3]。

5.2加載圖式

通過結構分析軟件——Midas Civil2010計算確定靜載試驗加載的位置，設計荷載按照公路—I級(并考慮相應的折減系數)，按照彎矩等效的原則，同時要符合荷載效率應在0.95～1.05之間的規定[2]。

6靜載試驗結果分析

以邊跨跨中(A)截面為例，對本橋梁結構的試驗數據進行分析。

6.1應變檢測結果與分析

6.1.1應變檢測結果列表

1)A截面中載各測點實測應變值見表6。

表6A截面中載各測點實測應變值

測點編號加載分級一級二級三級卸載邊跨跨中A-110.820.126.0 0.5A-228.346.965.7 0.3A-324.141.359.4-7.8A-412.717.523.2-2.4

2)A截面偏載各測點實測應變值見表7。

表7A截面偏載各測點實測應變值

測點編號加載分級一級二級三級卸載邊跨跨中A-134.849.564.3-0.2A-229.742.356.3 3.5A-323.229.539.2-1.8A-419.322.628.1-2.1

6.1.2應變檢測校驗系數評定

校驗系數η為某一測點的應變實測值與理論值計算值的比值：η=S實測/S理論。通常要求預應力混凝土橋梁應變校驗系數常值范圍為：η=S實測/S理論≤1，此時，橋梁結構的工作性能較好[4]。

1)A截面中載各測點應變效驗系數評定結果見表8。

表8　A截面中載各測點應變校驗系數評定

由表8可知，4個測點中校驗系數最大值為0.49，均滿足不大于1的要求，符合《規程》的規定。

由圖8可知，雖然A-2，A-3的應變值較A-1，A-4較大，但4個測點的實測應變橫向分布趨勢與理論計算值橫向分布變化趨勢總體一致，符合《規程》要求，這說明A截面的強度滿足設計要求。

圖8　A截面中載第三級應變測點橫向分布圖

2)A截面偏載各測點應變效驗系數評定結果見表9。

由表9可知，4個測點中A-1的校驗系數最大為0.42，均小于1，符合《規程》的規定。

表9　邊跨1/2L(A截面)偏載各測點應變校驗系數評定

圖9　A截面偏載第三級應變測點橫向分布圖

6.1.3應變實測值與計算值線性關系分析

1)A截面中載時的線性關系分析。此時A-2測點的應變實測值最大，三級荷載下為65.7με，其與理論計算值關系曲線如圖10所示。

圖10　中載時A-2測點應變實測值與理論計算值線性關系

由圖10可知，測點A-2的應變實測值與理論計算值線性關系非常好， 線性相關系數平方值為0.999 5。

2)A截面偏載時的線性關系分析。偏載時，A-1測點應變實測值最大，三級荷載下的應變值為64.3με，其與理論計算值關系曲線如圖11所示。

圖11　偏載時A-1測點應變實測值與計算值線性關系

由圖11中可以看到，測點A-1在偏載時應變實測值與理論計算值線性關系仍然非常好，線性相關系數平方值仍為0.999 5。

6.1.4殘余應變評定

橋梁結構的工作狀態還可用實測殘余應變(Sp)與實測最大應變(Stot)的比值來衡量，比值越小，橋梁結構就越接近彈性工作狀態，通常要求兩者的比值≤0.20。

1)A截面中載時應變實測值相對殘余分析。由表10可以看出，A-3的相對殘余值最大，為-0.13，4個測點的相對殘余值均小于0.20,符合規范要求。

表10　A截面應變測點殘余應變(對稱加載)

2)A截面偏載時應變實測值相對殘余分析。由表11可以看出，4個應變測點的相對殘余值均非常理想，均滿足規范規定的相對殘余值小于0.20的要求。

表11　A截面應變測點殘余應變(偏心加載)

6.2變形檢測結果與分析

6.2.1變形檢測結果列表

1) A截面中載各測點實測變形值見表12所示。

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表12　A截面中載各測點實測變形值　mm

2) A截面偏載各測點實測變形值見表13所示。

表13　A截面偏載各測點實測變形值　mm

6.2.2變形檢測校驗系數評定

變形檢測校驗系數和應變檢測校驗系數表達方式相同，仍用：η=S實測/S理論。通常要求預應力混凝土橋梁校驗系數的常值范圍：變形η=S實測/S理論≤1.0。

1)A截面中載各測點變形校驗系數評定結果見表14。

表14　A截面中載各測點變形校驗系數評定

從表14可知，A截面在中載三級試驗荷載作用下，A3測點實測撓度最大，該值為4.47 mm，遠遠小于理論計算值：L/600=30 000/600 =50 mm，這說明結構剛度符合《規程》規定。

圖12　A截面中載第三級變形測點橫向分布圖

從圖12可知，各測點實測值的曲線圓順，其變化趨勢與理論計算值吻合，梁體橫向剛度分布較好[1]。

2)A截面偏載各測點變形效驗系數評定結果見表15。由表15可知，A截面在偏載三級試驗荷載作用下， A1測點在4個測點中實測撓度值最大，該值為5.16 mm，但遠遠小于理論計算值L/600=30 000/600 =50 mm，表明該結構剛度滿足要求。

表15　A截面偏載各測點變形校驗系數評定

由圖13可知，各測點實測變形橫向分布與理論計算值總體趨勢一致。

圖13　A截面偏載第三級變形測點橫向分布圖

6.2.3變形實測值與計算值線性關系分析

1) A截面中載時的線性關系分析。中載時，A3測點變形值最大，三級荷載作用下實測變形值為4.47 mm，其與理論計算值關系曲線如圖14所示，兩者線性關系良好。

圖14　中載時A3測點變形實測值與計算值線性關系

2)A截面偏載時的線性關系分析。偏載時，A1測點變形實測值最大，三級荷載作用下實測變形值為5.16 mm，其與理論計算值關系曲線如圖15所示，兩者線性關系較好。

圖15　偏載時A1測點變形實測值與計算值線性關系

6.2.4殘余變形評定

實測殘余變形(Sp)與實測最大變形(Stot)的比值越小結構越接近彈性工作狀態，一般要求≤0.20[4]。

1) A截面中載時變形實測值相對殘余分析。由表16可以看出，只有A3測點的相對殘余值為0.14，相對接近規范規定的0.20，其余各點相對殘余變形均很小，都小于20%，滿足規范要求。

表16　A截面變形測點殘余

2)A截面偏載時變形實測值相對殘余分析。由表17可以看出，4個截面變形測點的相對殘余值均很小，滿足規范規定的小于0.20的要求。

表17　A截面變形測點殘余

7結語

1) 在試驗荷載(中載、偏載)作用下，該大橋應變檢測截面(A截面)應變實測值均小于理論計算值，應變校驗系數η=S實測/S理論均小于1，實測應變橫向分布趨勢與理論計算值橫向分布變化趨勢總體一致，且應變實測值與理論計算值線性關系良好，滿足《規程》相關規定。應變檢測結果表明該橋測試橋跨梁體抗彎強度滿足公路-I級荷載標準。

2)在試驗荷載(中載、偏載)作用下，該大橋撓度檢測截面(A截面)撓度實測值均小于理論計算值，變形校驗系數η=S實測/S理論均小于1，實測變形橫向分布趨勢與理論計算值橫向分布變化趨勢總體一致，且變形實測值與理論計算值線性關系良好，滿足《規程》相關規定。撓度檢測結果表明該橋測試橋跨梁體剛度滿足公路-I級荷載標準。

3)應變相對殘余最大值為應變測點A-3(中載)，相對殘余數值為-0.13；撓度相對殘余最大值為撓度測點A3(中載)，相對殘余數值為0.14，均滿足《規程》相對殘余值不大于0.20的要求。

參考文獻

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[2] 賈永昌. 橋梁荷載試驗分析[J]. 北方交通，2013(3):64-66.

[3] 徐兆華. 高強鋼絲繩在橋梁加固中的計算問題[J]. 交通世界(建養機械)，2013(5):256-257.

[4] 李治學，白先梅. 某雙曲拱橋病害檢測及承載力評估[J]. 公路，2011(3):42-45.

The Static Load Test and Analysis to the Expressway Box Girder

MIAO Lan-di

(ShaanXiRailwayInstitute,Weinanshaanxi714099,China)

Abstract：A static load test has been made to a certain expressway construction. In the test，the loading scheme and arrangement of measuring points have been researched. Then through step by step loading to test the cross-section, the strain and deflection have been observed on the spot. After comparing and studying the observation results and theoretical values, and being combined with the design specifications of highway, the safety and stability of the structure have been verified.

Key words：expressway; boxed girder; static test; strain; deflection

文獻標志碼：A

文章編號：1009-8984(2016)01-0034-06

中圖分類號：U441.2

作者簡介：苗蘭弟(1983-)，女(漢)，山西河曲，碩士，講師

收稿日期：2016-01-20

doi:10.3969/j.issn.1009-8984.2016.01.008

主要研究橋梁施工技術與控制。