某改擴建T 梁橋承載能力分析與評估

韋修箭

（中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢 430052）

近年來，隨著社會經濟的快速發展，部分地區的高速公路已不能滿足當地經濟發展的需要，而需對既有高速公路改擴建，高速公路改擴建項目在當前高速公路建設項目中所占的比重逐年攀升[1-2]。擬改擴建高速公路既有橋梁建設年代一般較早，由于早期橋梁設計荷載等級偏低以及設計規范的更替，需要對既有橋梁進行科學的評估以判斷其是否滿足當前設計要求。

裝配式T 梁橋由于在高速公路橋梁中所占的比重大，是既有高速公路改擴建工程中所需要面臨的重點問題。橋梁靜載試驗是通過施加荷載對橋梁結構響應進行現場試驗測試，對于既有橋梁，荷載試驗可以評估其使用性能和承載能力，為其繼續使用、養護、加固、改建等提供可靠的技術資料[3-7]。對既有T 梁橋承載能力進行準確評估，有利于對既有T 梁橋利用與否作出科學的決策，為改擴建方案設計提供必要的技術依據。

文章以某擬改擴建高速公路30m 跨徑預應力混凝土簡支T 梁橋為研究對象，通過對該橋進行現場荷載試驗，測試結構相應的力學性能參數，評估該橋梁結構的實際承載能力與工作性能，為該橋后期的改擴建提供基礎數據，并為其他類似橋梁的承載能力評估提供一定的技術參考。

1 工程概況

某大橋上部結構采用30m 預應力混凝土T 梁橋，結構簡支，橋面連續，其跨徑組合為11m×（5×30）m，橋梁采用雙幅分離布置形式，橋梁全寬28.0m。單幅橋橫向共布置6 片T 梁，單片T 梁梁高2.0m。下部結構采用單排雙柱式橋墩，肋板式橋臺，鉆孔灌注樁基礎。橋面鋪裝采用9cm 普通混凝土層+10cm 瀝青混凝土面層。橋梁原設計荷載等級為：汽車-超20 級、掛車-120。單幅橋標準橫斷面示意圖如圖1 所示。

圖1 橋梁標準橫斷面示意圖（單位：cm）

現由于該高速公路擬進行改擴建，改擴建后的橋梁荷載等級提升至公路-Ⅰ級，需對該橋實際承載能力進行檢測評估。

2 靜載試驗方案

該T 梁橋原設計荷載橫向分布系數采用剛接板梁法計算，基于Midas/Civil 橋梁結構分析軟件，對結構內力進行分析。考慮橋梁擬提升荷載等級，采用橋梁原設計荷載等級以及擬提升荷載等級分別進行計算。

2.1 試驗工況

在擬提升荷載等級下，結構控制截面的內力較原設計狀態下有所提升，為了準確評估橋梁結構實際承載能力，在設計試驗工況時，需考慮兩種不同的荷載等級。同時，該橋已運營多年，對于多梁式結構橋梁，梁間橫向聯系對結構整體受力影響較大，需對結構實際橫向聯系性能進行測試。根據該橋的結構受力特點，選取以下兩個關鍵工況作為分析對象：

工況一：跨中截面T 梁間橫向聯系性能測試；工況二：跨中截面最大正彎矩及撓度工況（偏載）。

2.2 試驗加載

對于工況一，采用一輛加載車輛于跨中截面橫向不同的位置進行加載，測試在不同加載位置下，T梁跨中截面的撓度分布情況，T 梁間橫向聯系測試加載平面布置如圖2 所示。

圖2 T 梁間橫向聯系測試加載平面布置圖（單位：cm）

圖中，Y 為加載車輪位橫向定位參數，Y 的取值見表1。

表1 T 梁間橫向聯系測試加載車輪位表

對于工況二，試驗加載采用彎矩等效原則，試驗加載選用3 軸總重350kN 重載車輛（前軸重70kN、中后軸重140kN），靜載試驗效率取0.95～1.05之間[8-9]。為了測試在兩種不同荷載等級等效加載作用下結構的響應狀態，將工況二試驗加載分五級，并使在第三級試驗荷載下，結構控制截面內力滿足原設計荷載等級要求；在第五級試驗荷載下，結構控制截面內力滿足擬提升荷載等級要求。控制截面靜力試驗荷載效率見表2。

表2 控制截面靜力試驗荷載效率表

2.3 試驗測點布置

1）撓度測點布置。在結構跨中截面以及支點截面每片T 梁下布置撓度測點，采用百分表進行測試，共計18 個測點。T 梁撓度測點橫斷面布置如圖3 所示。

圖3 T 梁撓度測點橫斷面布置圖

2）應變測點布置。選取T 梁跨中截面作為應變測試截面，應變傳感器沿縱橋向布置于混凝土表面，應變測點橫斷面布置如圖4 所示。

圖4 T 梁應變測點橫斷面布置示意圖（單位：cm）

3 試驗結果分析

3.1 T 梁間橫向聯系性能分析

在工況一加載作用下，通過分析橫向不同載位下T 梁跨中截面撓度分布情況，得到各片T 梁跨中截面的橫向影響曲線，如圖5～圖所10 示出各片T梁實測橫向影響曲線與按剛接板梁法計算的理論橫向分布影響曲線對比情況。

圖5 1#T 梁實測橫向影響線與理論計算對比圖

圖6 2#T 梁實測橫向影響線與理論計算對比圖

圖7 3#T 梁實測橫向影響線與理論計算對比圖

圖8 4#T 梁實測橫向影響線與理論計算對比圖

圖9 5#T 梁實測橫向影響線與理論計算對比圖

圖10 6#T 梁實測橫向影響線與理論計算對比圖

從實測橫向分布影響曲線與理論值比較關系圖可以看出：3、4# 梁實測橫向分布影響線比理論值明顯偏大，說明與3、4#T 梁相關的橫向聯系較理論計算情況偏弱，T 梁實際受力較理論值偏大。

3.2 結構承載能力分析

1）工況二第三級試驗加載分析。在第三級試驗荷載作用下，測試跨中截面T 梁彈性撓度以及截面下緣的彈性應變，分別與按照實測T 梁橫向影響線計算的理論值以及按照剛接板梁法計算的理論值進行對比，如圖11～圖12 所示。

圖11 實測彈性撓度與理論計算情況對比曲線

圖12 實測彈性應變與理論計算情況對比曲線

通過理論計算與實測值進行對比，T 梁在第三級試驗加載作用下撓度與梁底應變分布具有以下特點：

（1）在偏載作用下，2#、3# 梁跨中截面實測彈性撓度及應變比1# 梁大，2#、3# 梁實際受力狀態較為不利，實測T 梁跨中截面撓度以及截面下緣應變分布規律與按照實測橫向影響線計算理論值較為相符，與按照剛接板梁法計算的理論值存在較大差異，說明T 梁間實際橫向聯系性能與剛接板梁法存在一定差異。

（2）實測彈性撓度以及彈性應變均小于理論計算值，按實測橫向影響線計算撓度最大校驗系數為0.672，按實測橫向影響線計算應變最大校驗系數為0.863，校驗系數均小于1，說明在橋梁原設計荷載等級下，主梁截面剛度以及強度均能滿足規范要求。

2）工況二第五級試驗加載分析。在第五級試驗荷載作用下，測試T 梁跨中截面彈性撓度以及截面下緣的彈性應變，分別與按照實測T 梁橫向影響線計算的理論值以及按剛接板梁法計算的理論值進行對比，如圖13～14 所示。

圖13 實測彈性撓度與理論計算情況對比曲線

圖14 實測彈性應變與理論計算情況對比曲線

通過理論計算與實測值進行對比，T 梁在第五級試驗加載作用下，可得到以下結論：

（1）T 梁跨中截面實測彈性撓度均小于理論計算值，按實測橫向影響線計算撓度最大校驗系數為0.696，校驗系數均小于1，說明在橋梁擬提升荷載等級下，主梁截面剛度能滿足規范要求。

（2）2#、3#、4#T 梁跨中截面梁底實測彈性應變大于按實測橫向影響線計算理論值，實測應變最大校驗系數為1.010，校驗系數大于1，說明結構實際狀況與理想狀況相比偏不安全，橋梁現狀承載能力不能滿足擬提升荷載等級要求。

4 結論

1）通過T 梁間橫向分布性能測試以及跨中最大正彎矩偏載作用下結構撓度及應變的分布規律，可以得到T 梁實際橫向聯系性能與剛接板梁法存在一定差異，在偏載作用下，2#、3# 梁的實際受力比1#梁更不利。

2）通過第三級試驗加載結果，可以得到主要測點的撓度及應變校驗系數均在合理范圍內，在橋梁原設計荷載等級下，主梁截面剛度以及強度均能滿足規范要求。

3）通過第五級試驗加載結果，可以得到主要測點撓度校驗系數均小于1，滿足規范要求；2#、3#、4#梁底測點應變校驗系數大于1，橋梁實際承載能力不能滿足擬提升荷載等級要求。

4）基于現場橋梁荷載試驗，可以全面地掌握該橋的結構受力特性，準確評估其承載能力，該橋在后期改擴建過程中，應針對T 梁間實際荷載橫向分布特性以及強度富余不足進行相關的處治措施，為后期該橋改擴建設計提供技術依據。該橋所采用的承載能力評估方法，合理可行，可供其他類似橋梁承載能力評估借鑒。