預應力混凝土連續箱梁橋火災后靜載試驗與分析

■吳騰飛

（福建船政交通職業學院，福州 350007）

1 工程概況

某預應力混凝土連續箱梁橋左幅上部結構采用40m等跨、等截面預應力混凝土連續箱型梁，共15孔，龍文區側為8孔一聯，龍海市側為7孔一聯，箱梁置于R=33000m的豎曲線上。橋寬組合為：1.50m(人行道)+12.00m(車行道)+1.50m(人行道)=15.00m。箱梁為單箱單室結構，頂板寬14.0m，底板寬6.0m，箱梁高2.50m，跨中截面底板厚度為0.22m。橋墩采用鋼筋混凝土雙柱式墩身直接對接鉆孔樁基礎，墩柱、樁身直徑均為1.5m。橋臺采用混凝土耳墻式，鉆孔樁基礎。

2 試驗目的

為了檢測橋梁在受火災后的承載能力，我們抽取了被火燒的預應力混凝土連續箱梁橋左幅第12跨進行了靜載能力試驗。根據前期專項外觀檢查火災后現場橋梁的損傷情況，對材料及箱梁截面進行削減。通過現場靜載試驗檢測，進一步調整有限元模型，使其接近于現場受損情況。最終通過火災受損前后模型的比較，鑒定火災對橋梁結構受力性能的影響程度和折減系數，為加固設計提供依據。

3 靜載試驗

3.1 試驗項目

根據前期對預應力混凝土連續箱梁橋左幅第12跨的外觀專項檢查，針對受損情況，對第12跨跨中截面、距11#墩11.50m梁底受損最深截面、11#墩支點負彎矩截面、11#墩和12#墩支座壓縮情況進行靜載試驗檢測。測試內容包括控制截面的撓度及應力應變，支座壓縮量等。

3.1.1 靜載試驗工況及檢測對象

最大試驗荷載為設計標準規定的荷載：汽車－20、人群3.50kN/m2。

本次試驗根據該橋施工設計圖紙，應用MIDAS計算軟件進行建模計算。

依據橋跨結構所得的活載內力包絡圖和現場橋梁損傷檢測結果，選擇第12跨三處控制截面進行試驗，同時對火災影響范圍內的支座壓縮情況進行試驗觀測，具體如表1所示，測試截面位置如圖1所示。

表1 試驗測試內容

圖1 試驗測試截面示意圖（單位：m）

3.1.2 測試項目

（1）應變

控制截面：第12跨跨中截面(Ⅰ-Ⅰ截面)、第12跨梁底受損最深截面(Ⅱ-Ⅱ截面)、11#墩支點負彎矩截面(Ⅲ-Ⅲ截面)。

(2)撓度

控制截面：第12跨跨中截面(Ⅰ-Ⅰ截面)、第12跨梁底受損最深截面(Ⅱ-Ⅱ截面)。

(3)支座壓縮量

控制截面：11#墩支座、12#墩支座。

(4)裂縫

控制截面： 第 12跨距 11#墩 18.85m、19.10m、21.80m、21.90m梁底橫向裂縫。

3.1.3 靜力荷載試驗方案

(1)測點布置

主要控制截面的應變測點、撓度測點、支座壓縮量觀測點如圖2～4所示；裂縫開展情況觀測測點如圖5所示。

圖3 各控制截面撓度測點布置圖

圖4 墩柱支座壓縮量測點布置圖

圖5 第12跨箱梁梁底裂縫監測示意圖

3.1.4 靜載試驗荷載和試驗效率

以設計標準活載產生的該試驗項目的最不利效應值等效換算，確定所需的試驗荷載、加載車輛和輪位，且該橋的靜載試驗荷載效率 滿足 《公路橋梁荷載試驗規程》（JTG/T J21-01-2015）基本荷載試驗規定的要求。

式中，S——控制荷載作用下控制截面最不利內力計算值；

μ——按規范采用的沖擊系數；

ηq——靜力試驗荷載的效率，對交（竣）工驗收荷載試驗，宜介于0.85～1.05之間；對舊橋承載能力評定，宜介于 0.95～1.05之間。

3.1.5 試驗車輛

本試驗橋跨靜載試驗共采用5輛重約35t的車輛進行等效加載。

3.2 靜載試驗結果

3.2.1 撓度測試結果

根據預應力混凝土連續箱梁橋左幅第12跨控制截面荷載-撓度關系曲線，在汽車-20級設計荷載的各等效荷載工況作用下，預應力混凝土連續箱梁橋第12跨各控制截面荷載與撓度基本保持線性關系，表明在試驗荷載作用下梁體處于彈性范圍之內。

由各控制截面應變分析表可知，預應力混凝土連續箱梁橋第12跨跨中截面撓度校驗系數分別為0.99和1.00，相對殘余撓度最大值為3.0%；第12跨梁底受損最深截面撓度校驗系數為0.95和0.98，相對殘余撓度最大值為4.0%。各測試截面撓度校驗系數均接近于1.00，相對殘余撓度最大值均小于 《公路橋梁荷載試驗規程》（JTG/T J21-01-2015）規定限值20%。表明在假設條件下，現場實測撓度值與理論計算撓度值較為接近，模型假設條件與現場災后情況較為接近。

3.2.2 應變測試結果

根據預應力混凝土連續箱梁橋左幅第12跨控制截面荷載-應變關系曲線，預應力混凝土連續箱梁橋左幅第12跨各控制截面荷載與應變基本保持線性關系，表明在試驗荷載作用下梁體處于彈性范圍之內。

由各控制截面應變分析表可知，預應力混凝土連續箱梁橋第12跨跨中截面應變校驗系數為0.87～0.97，相對殘余應變最大值為14.3%；第12跨梁底受損最深截面應變校驗系數為0.84～0.98，相對殘余應變最大值為14.8%；11#墩支點負彎矩截面應變校驗系數為0.86～0.89，相對殘余應變最大值為18.2%。各測試截面應變校驗系數均接近于1.00，相對殘余應變最大值均小于《公路橋梁荷載試驗規程》（JTG/T J21-01-2015）規定限值20%。表明在假設條件下，現場實測應變值與理論計算應變值較為接近，模型假設條件與現場災后情況較為接近。

3.2.3 支座壓縮測試結果

在試驗工況7、8荷載作用下，11#墩和12#墩支點截面實測撓度值如表2所示。

表2 各控制截面實測撓度值表

從表2可以看出，在試驗工況7荷載作用下，11#墩柱支座壓縮量實測平均值為0.16mm，在試驗工況8荷載作用下，12#墩柱支座壓縮量實測平均值為0.12mm，相對殘余變位最大為17.6%，卸載后均能夠較好的恢復到初始狀態。

3.2.4 裂縫觀測結果

對第12跨梁底橫向裂縫布置測點，在試驗荷載工況下，各裂縫開展情況監測結果如表3所示。

表3 裂縫開展監測結果表

在汽車-20級設計荷載的等效荷載工況作用下，跨中截面附近4條橫向裂縫均發生開展，開展最大寬度為0.037mm（初始縫寬0.20mm），卸去荷載后裂縫均能夠較好恢復到初始狀態，試驗過程中未見新裂縫產生。

在各試驗工況荷載作用下，各測試截面附近均未觀測到新裂縫。

4 建議

根據預應力混凝土連續箱梁橋左幅第二聯火災后專項外觀檢查結果，并結合此次橋梁靜載試驗專項檢測結果，預應力混凝土連續箱梁橋左幅第12跨上部結構火災后的抗彎承載能力相比火災前有所降低；橋梁彈性工作狀況較好，經驗算抗力效應能夠滿足設計荷載等級要求。結合此次荷載試驗結果，從安全性和耐久性方面考慮，建議：

（1）以恢復至原設計抗彎承載力為目的，立即對火災受損位置進行加固修復。

（2）對火災影響范圍內的盆式支座設置觀測點，結合每年定期檢查觀測支座情況。如發現異常情況應立即對支座進行更換，同時對全橋盆式支座進行除銹防腐處理。

（3）加強養護，及時進行日常檢查及定期檢查。

（4）嚴禁超限、超載車輛通行。

（5）今后營運中應注意加強對橋跨結構各受力控制截面、墩柱等重要部件的檢查和養護管理，建立永久性控制檢測點，定期觀測橋面線形。