公路橋梁單片箱梁承載力檢測與分析

暴 葉 凱

(山西路橋集團試驗檢測中心有限公司，山西 太原 030031)

0 引言

公路橋梁屬于現代化的交通主體，在交通運輸過程中占據著十分重要的作用。但受施工技術以及施工環境等因素的限制，隨著公路橋梁施工時間的推移，其承載能力也會不斷降低，甚至無法再滿足基本的交通運輸要求，影響了人們的正常出行。且隨著車輛重力的不斷增加，公路橋梁的承載能力也發生了較大變化。對此，相關部門應有效測量橋梁的實際承載力及使用狀態，以便及時完善交通網絡體系。

1 公路橋梁承載力試驗作用

目前，我國公路橋梁的建設技術已經逐步成熟，且隨著科學技術的不斷進步，橋梁結構的設計方法也發生了較大改變，但依然存在影響橋梁質量水平的不確定性因素，人們更傾向于了解橋梁的實際使用性能及效果。對此，在公路橋梁竣工驗收環節應采用單片箱梁承載力檢測試驗分析橋梁的實際承載能力及質量水平，確保橋梁的安全性與穩定性，也為以后橋梁養護工作提供更多的參考依據。

2 工程概況

某高速公路橋梁采用了預應力混凝土結構，單幅橋面寬為12.25 m，汽車的荷載量為公路Ⅰ級，現澆梁采用了先簡后支的結構。工作人員通過計算可知，箱梁的高度為1.6 m，且跨徑為30 m，混凝土設計強度為等級C50。本次主要檢測編號為2-1與2-4兩片箱梁，其預留試塊的設計強度滿足了基本標準。但在回彈測試兩片箱梁的抗壓強度時，工作人員并未明確箱梁的實際承載力，且抗壓強度的平均值不能滿足標準的設計強度。

3 靜載試驗

觀察受檢梁可以發現，施工支模處于較好的狀態，且箱梁外觀平整光滑。通過表面色澤可以看出，工作人員后期并未做好箱

梁的養護工作，兩個構件表面并未發現明顯的荷載裂縫與非荷載裂縫。為了進一步明確箱梁的實際情況，技術工作人員需要針對箱梁進行非破損的荷載試驗，以便有效確定箱梁的剛度、抗壓強度以及自身性能等因素，明確箱梁的實際承載力。但受技術等因素的限制，技術人員不能在檢測期間連續澆筑箱梁的現澆接頭，也無法在組裝完畢箱梁后立即開始檢測工作。本次施工工程中的箱梁力學性質較易受到現澆連續接頭以及施工技術等因素的影響，且箱梁主要采用了先簡后支的連續結構。因此，在結合箱梁不受力時，應針對箱梁進行跨簡支梁試驗，并進一步將其簡化為箱梁支梁的受力模型。

3.1 試驗項目

1)在施加荷載力的基礎上有效測定控制截面的應變力。

2)在施加荷載力的基礎上檢測控制截面撓度。

3)在施加荷載力的基礎上檢測箱梁的開縫情況。

3.2 截面選取

在荷載力的作用下，為了有效測定箱梁內力與變形情況，技術人員在選擇檢測截面時應選擇可能產生最大內力與最大變形的截面。同時，工作人員還應在明確檢測目的的基礎上，充分考慮測試控制、數據采集等因素，將檢測截面定為跨中A—A截面，1/4跨B—B截面以及支點C—C截面，其具體位置如圖1所示。

3.3 布置測點

首先是布置應變測點，使用電阻應變片、靜態應變測量系統以及計算機等設施。受此橋梁橋面板鋪設構造的影響，其不宜設置測點，且由于箱梁壁厚與梁高較小，為了便于作業，應在箱梁控制截面側面布置應變測點，每個截面布置6個測點，且均對稱布置。之后布置撓度測點，且在箱梁各個控制截面下利用電子位移計布置撓度測點，并在每個控制截面布置兩個測點，具體位置如圖2所示。

除此之外，還應觀測裂縫，加載前觀測裂縫的分布情況，在荷載持續結束后，測量箱梁兩條較大的裂縫寬度。在滿載后觀察箱梁是否存在新裂縫，并利用顯微鏡讀取裂縫實際寬度。

3.4 試驗荷載

試驗期間，計算試驗荷載并完成布置工作，施工企業應嚴格參照《公路橋涵設計規范》以及《混凝土結構試驗方法標準》等條例，有效計算控制截面下的最不利內力數值，確定構建承載力檢驗系數，得出控制截面的內力計算值，并據此反算出試驗荷載。計算期間，集中力P的各級加載值如表1所示。

表1 靜載試驗集中力P各級加載值

同時，在試驗期間還應遵循以下加載原則：首先，試驗采用分級加載方式使用車道荷載加載模式。其次，為了確保測試數據的可靠性與穩定性，每增加一級荷載應持續15 min。工作人員在采集工程情況數據信息時應分兩次進行，當發現數據差異較大時還需要完成第三次的數據采集工作。最后，工作人員還應有效檢測箱梁結構應力、裂縫以及變形情況，在沒有達到最大荷載力前，若箱梁變形、裂縫等未發現不正常受力問題，則應停止加載。

4 靜載試驗結果分析

4.1 應力及應變特性

箱梁在保持荷載作用力下，無法測量相關的測試設備，加載于不同箱梁位置的荷載量，其混凝土表面產生的應變增量為加載讀數與初讀數之差。之后根據應力增量以及混凝土表面應力計算公式得出，試驗荷載作用下，2-1號與2-4號箱梁各測點混凝土表面最大拉應力分別為0.046 MPa以及-0.161 MPa，滿足公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋梁的設計標準。

4.2 撓度及變形特征

在靜荷載作用下，結構變形反映了橋梁整體剛度特性，技術人員根據變形值=(加載讀數-初讀數)×換算系數的計算公式測得各個構件測點的實際變形值。且控制截面的撓度為同一截面兩個撓度測點的平均值，計算得知，2-1與2-4箱梁最大撓度分別為19.00 mm與18.00 mm，得知箱梁具備足夠的剛度。

4.3 裂縫開展

加載試驗過程中，判斷箱梁良好抗裂性能的關鍵因素為2-1與2-4箱梁均未出現裂縫問題。

總體而言，梁屬于典型的受彎構件，在測量荷載作用下的箱梁應變特性、撓度、裂縫情況與應力時，技術人員應通過非破損靜載試驗進行鑒定，判斷施工的合理性及橋梁設計的正確性，明確其是否滿足基本的交通需求。通過上述分析可知，在荷載力的作用下，2-1與2-4箱梁的最大裂縫寬度、最大拉應力以及最大撓度等指標均滿足公路鋼筋混凝土與預應力混凝土的設計標準，且在正常使用狀態下，兩片箱梁的承載力滿足基本的標準設計要求。同時，測量過程中，雖然箱梁混凝土的實際抗壓強度沒有達到設計強度數值，但其承載力依然滿足設計標準，主要因為在箱梁設計期間，技術人員已經考慮了箱梁的可靠性，并進行了一定的安全措施。

本次試驗也存在不足之處：

1)本次試驗以簡化受力模型為基礎，但在箱梁實際結構力學行為的檢測過程中，還應充分考慮兩端現澆連續接頭與橫梁對箱梁力學特性產生的影響，為此試驗期間的計算分析應基于完整的受力模型。

2)此次承載力檢測試驗為非破損，只可以檢測箱梁正常使用極限狀態下的承載力，無法檢測破壞荷載，還有待深入研究計算構件破壞荷載。

5 結語

隨著社會經濟不斷發展，人們對出行要求也不斷增高。公路橋梁直接影響著人民群眾的人身及財產安全，而私家車的增多，對公路橋梁質量提出了更高的要求，施工企業必須提高橋梁的承載能力。對此，必須重視公路橋梁單片箱梁的承載力檢測工作，以便針對性的設置防護措施，提高橋梁質量水平，為人們的安全出行提供更多保障。