某大橋大件運輸靜載試驗評估研究

■羅晟濤

(江蘇開通建設工程有限公司，淮安 223001)

1 項目背景

107國道某橋，橋跨布置為5×22.20 m鋼筋混凝土T梁，全橋共1聯，橋梁全長116m。橋梁計荷載等級：汽車-20級，掛車-100，人群荷載為2.5kN/m2。橋梁上部結構為等截面裝配式普通鋼筋混凝土T梁，采用先簡支后橋面連續結構，T梁梁高為1.35m，腹板寬度為0.18m。橋梁下部結構橋臺為框架式埋置橋臺，樁基礎；橋墩均為樁柱式橋墩。橋面全寬18.6m，橫斷面布置：2.1m(人行道及欄桿)+14.4m(行車道)+2.1m(人行道及欄桿)=18.6 m。

本次大件運輸車貨總重145.2t，運輸車輛承重部分共12軸，每軸平均分配重量12.1t，車軸間距為5×1.6m+7m+5×1.6m。將運輸車輛視為移動荷載，加載在模型上，并與汽-20荷載對比[1]。

2 靜載試驗

2.1 控制截面和試驗工況

2.1.1 控制截面

根據《公路橋梁荷載試驗規程》[2]，對于混凝土簡支梁橋承載能力試驗的內力或撓度控制截面規定見表1。

表1 簡支梁橋的內力或位移控制截面

根據表1,結合本橋的實際情況，選定第二、三、四跨進行荷載試驗，設置4個控制截面，截面布置如圖1。

圖1 荷載試驗控制截面布置圖

2.1.2 試驗工況

共安排四個試驗工況，如表2。

表2 靜載試驗工況

2.1.3 載位布置

以試驗工況1載位為例，車輛布置圖如下圖2、圖3所示。試驗工況1——檢驗第一跨跨中截面A承受汽-20(對稱荷載)正彎矩的承載能力，分兩級加載。

圖2 主橋試驗工況1一級車輛布置圖

圖3 主橋試驗工況1二級車輛布置圖

2.2 撓度測試結果與分析

2.2.1 撓度測點布置

在各試驗工況下，加載前、加載中和卸載后，采用精密水準儀對橋梁撓度進行測量。撓度測點分別位于試驗跨的兩端墩頂、L/4、L/2和3L/4處的橋面兩側，如圖4所示。其中，墩頂測點為修正橋梁實際(凈)撓度而設。

圖4 橋面撓度測點布置立面及平面示意圖

2.2.2 撓度測試結果分析

表3～表6給出了試驗跨第2、3、4跨在試驗工況1～4等效荷載作用下測點撓度實測值、理論計算值、撓度校驗系數和殘余變位。表中，各點撓度均為橋梁實際(凈)撓度，即已扣除橋梁因支座變形產生的位移。

表3 工況1二級加載下橋面測點撓度變化量一覽表

表4 工況2下橋面測點撓度變化量一覽表

表5 工況3下橋面測點撓度變化量一覽表

表6 工況4下橋面測點撓度變化量一覽表

由表3～表6可以看出，在汽-20荷載作用下，該橋試驗跨的撓度校驗系數值在0.60～0.9之間，均滿足《公路橋梁荷載試驗規程》中規定的靜力荷載試驗撓度校驗系數應不大于0.9的要求，各工況下測點的最大相對殘余變位為-14.29%，滿足《公路橋梁荷載試驗規程》中規定的相對殘余變位應不大于20%的要求。

2.2.3 撓度測試結論

對測試結果分析表明，大橋豎向(彎曲)剛度滿足設計的汽-20載荷等級要求。

2.3 應變測量與分析

2.3.1 應變控制截面與布置

在各試驗工況下，加載前、加載中和卸載后，對橋梁應變進行測量。各應變測試點布置沿橋縱向電阻式應變片或直角應變花。

各截面應變測點布置如圖5～7所示。

圖5 簡支梁橋控制截面

圖6 A、B、C截面應變測試點

圖7 D截面應變測試點

2.3.2 應變測試結果分析

表7以工況1為例列出了工況等效荷載作用下相應控制截面的應變實測數據和理論計算值，并以此進行強度評定，這將為全橋的評定結論提供充分的依據。表中，各實測數據按測試導線的長度和測試環境的溫度進行了修正。

表7 工況1下二級加載A截面的實測應變分析表

2.3.3 應變測試結論

工況1是用以檢驗第二跨L/2截面A承受 (對稱荷載)正彎矩的承載能力。T梁底承受最大的拉應力，故以梁底的應變校驗系數作為衡量該截面的強度依據。工況1的應變測量值見表7。由表7可知，其應變校驗系數在0.4～0.8之間，滿足《公路橋梁荷載試驗規程》中規定的靜力荷載試驗應變校驗系數在0.4～0.8之間的要求，說明截面A的承載能力滿足設計要求；該工況下最大相對殘余應變為1.72%，滿足《公路橋梁荷載試驗規程》中規定的相對殘余應變應不大于20%的要求，結構處于彈性范圍內。

通過該大橋的四個工況的靜載試驗，得到該橋在汽-20荷載的等效加載各試驗工況下的應變校驗系數均在正常范圍之內，說明該橋的強度滿足設計要求，結構處于彈性變形狀態。

3 計算分析與判別

根據運輸方案，利用MIDAS有限元軟件建模計算[3-5]，當該大件運輸車輛通過該橋時，T梁彎矩包絡圖，梁截面縱向正應力和腹板剪應力分別如圖8～圖10所示。

圖8 彎矩包絡圖(kN·m)

圖9 T梁縱向正應力(MPa)

圖10 T梁腹板剪應力(MPa)

計算結果表明，在大件運輸車通過該橋時，跨中及附近會產生最大彎矩，其大小為4054.9kN·m，T梁縱向包絡正應力為-1.96MPa～4.87MPa，T梁腹板最大剪應力為0.49MPa。

大件運輸車輛所產生的彎矩、縱向正應力和腹板剪應力均小于汽-20荷載作用下產生的彎矩、縱向正應力和腹板剪應力，大件運輸車在理論上可以安全通過該橋，但還應注意實施交通管制和低速通過，并避免在橋上剎車。

4 結論

(1)對大件運輸時橋梁結構的荷載進行了理論分析，結果表明其荷載效應小于汽-20荷載效應。

(2)對該大橋荷載試驗，結果表明，該橋在汽-20荷載效應作用下，結構處于彈性變形狀態。

(3)綜合分析，該大橋允許該大件在現有的運輸方案下通過。

(4)經過實際運輸檢驗，該大件在通過該大橋的時候，橋梁結構穩定，未出現明顯的結構損壞，表明具備允許該運輸方案通過的條件。