不中斷交通狀態下預應力混凝土簡支T型梁橋荷載試驗研究

李萬德

(1.遼寧省交通規劃設計院有限責任公司 沈陽市 110166；遼寧大通公路工程有限公司 沈陽市 110111)

0 引言

傳統的橋梁荷載試驗需要封閉交通，會帶來較大的經濟損失，并造成出行不便，特別是高速公路等收費公路及部分車流量大或地理位置重要的國省道主干線封閉交通存在交通組織上的難度，如何在不中斷交通情況下進行橋梁荷載試驗就成為了亟待解決的問題。

試驗封閉交通主要有以下四點原因：

(1)對結構安全考慮，國內對試驗加載效率的取值一般為0.95～1.05之間，開放交通后，一定概率情況下會出現其它非試驗車輛混入試驗橋的問題，在混入車輛疊加后的作用下橋梁可能出現過載的安全問題；

(2)傳統靜力荷載試驗的觀念認為：對橋梁結構施加荷載后，結構響應穩定必須要有一定的持荷時間；

(3)車橋耦合作用引起的結構響應代替傳統靜力荷載下的結構響應尚未有完整的理論實踐體系；

(4)早期橋梁荷載試驗儀器設備落后，試驗多采用機械式儀表，需要人工進行讀數，無法得到結構的動力響應數據。

通過某高速公路30m預應力混凝土簡支T梁橋的荷載試驗，分析其在移動荷載與靜力荷載作用下橋梁結構響應的差異情況，對建立不中斷交通狀態下進行橋梁荷載試驗方法的可行性進行探索性研究。

1 加載試驗設計

1.1 加載試驗概況

以某高速公路30m裝配式預應力混凝土簡支T梁橋為試驗研究對象。該橋計算跨徑l0=29.1m，主梁采用強度等級為50號混凝土的帶馬蹄T形截面，梁高2.0m，高跨比為1/14.55。采用5片跨度內橫隔梁，中心距為7.5m。設計荷載為汽車-超20級，掛車-120。橋梁橫向布置如圖1所示。

1.2 靜載試驗設計

采用剛接梁法計算該橋的荷載橫向分布系數得出該橋最大分布系數主梁為路線外側邊主梁，本次加載試驗工況設計為偏載作用下邊主梁跨中最大正彎矩加載，控制截面為邊梁跨中截面，測試內容為跨中截面撓度、跨中截面應變和支點位移。

試驗共使用4輛前二后八輪共3軸載重汽車進行加載，車輛依次上橋停在指定加載位置完成分級加載過程。試驗加載效率如表1所示，試驗車輛布置見圖2、圖3所示。

表1 邊主梁試驗加載效率

1.3 移動荷載試驗設計

車輛沖擊對橋梁結構響應會產生增大的影響，為模擬移動荷載加載，要求車輛緩慢勻速行駛，且需避免車輛在橋上加減速。本次試驗加載車同向行駛，按靜載試驗加載車輛間相對橫向、縱向位置和加載車數量分四級駛過橋梁，行駛速度均為5km/h。

2 試驗結果對比分析

2.1 支點位移分析

為得到橋梁結構因彎曲而產生的真實撓度結果，在試驗中一般需剔除支座因受壓變形而產生的豎向位移。本次試驗靜載與移動荷載作用下支點位移對比結果見表2，靜載與移動荷載作用下支點位移見圖4。

表2 邊主梁梁支點位移(單位：mm)

從圖表可以看出，各級移動荷載作用下的支點位移小于靜載作用下支點位移，分析其原因為橡膠支座完成受壓變形存在一定的延遲時間；移動荷載與靜載作用下支座位移的差值比例隨著荷載的增加在逐漸減小。

2.2 校驗系數分析

移動荷載行駛通過簡支梁橋為結構從加載到卸載的過程，低速行駛的移動車輛對結構產生的動力響應程度是否可忽略，對模擬靜力荷載試驗至關重要，以下對比分析了跨中截面撓度和梁底應變的移動荷載時程曲線與靜載持荷結果的關系，跨中截面撓度數據匯總如表3所示。

表3 邊主梁跨中撓度(單位：mm)

跨中截面撓度曲線如圖5所示。

從跨中截面撓度試驗結果可以看出：在移動荷載作用下跨中撓度時程曲線光滑，車橋振動對結構撓度響應的影響較??；移動荷載的時程曲線最大值與靜載持荷值間的差值比例為0%～5%，校驗系數相差4%，移動荷載可代替靜力荷載對結構撓度校驗系數進行評價。

跨中截面梁底應變數據如表4所示。

表4 1號梁跨中梁底應變

跨中截面梁底應變如圖6所示。

從跨中截面梁底試驗結果可以看出：在移動荷載作用下跨中撓度時程曲線光滑，車橋振動對結構撓度響應的影響較??；移動荷載的時程曲線最大值與靜載持荷值間的差值比例為2%～12%，梁底應變的差值比例隨著荷載級別增加而減小，校驗系數相差2%，移動荷載可代替靜力荷載對結構應變校驗系數進行評價。

2.3 荷載橫向分布影響分析

為研究移動荷載與靜力荷載作用下橋梁結構響應的橫向分布差異，對比分析了1號邊主梁在荷載最不利加載時的各片梁橫向分布關系如表5、圖7所示。

從結構跨中撓度橫向分布可以看出，移動荷載與靜載對結構響應影響差值較小，可代替靜力荷載對結構橫向分布進行評價。

表5 荷載橫向分布系數分析

2.4 相對殘余變形分析

相對殘余變形是反映結構是否處于線彈性工作階段的重要參數指標，移動荷載與靜力荷載下結構相對殘余變形如表6所示。

表6 相對殘余變形分析

從結構跨中撓度橫向分布可以看出，移動荷載與靜載下結構相對殘余變形相同，可代替靜力荷載對結構橫向分布進行評價。

3 結論

通過5km/h速度下移動荷載與靜力荷載試驗下橋梁結構響應的對比分析，得出以下結論：

(1)低速移動荷載下支座最大受壓變形小于等靜力荷載下的最大變形，隨著荷載增加該變形的差值比例在不斷縮小；支座受壓變形速率滯后于結構其它響應速率。

(2)低速移動荷載最不利加載主梁控制截面的結構響應最大值與靜載試驗持荷值相差較小，撓度校驗系數結果相差4%，應變校驗系數結果相差2%，校驗系數結果可用于結構荷載試驗評價。

(3)低速移動荷載與靜力荷載的荷載橫向分布幾乎結果相同，移動荷載可代替靜力荷載用于結構橫向聯系的評價。

(4)低速移動荷載產生的相對殘余變形與靜力荷載試驗結果相同，說明低速移動荷載可應用于結構線彈性狀態進行評價。

通過以上分析結論得出，在不中斷交通狀態下采用低速移動荷載替換靜力荷載進行荷載試驗評價具有一定的可行性，可進行適當推廣應用。