橋梁承載能力試驗評估一例

張玉平

（新疆一龍中達建設工程有限公司，新疆 烏魯木齊 830000）

0 情況簡介

天津某開發區，主線路總長約 11 公里，其中一新建橋梁，全橋上部結構采用 20m 和 25m 后張預應力板梁結構?；炷量招陌辶翰捎?C50 混凝土，鉸縫采用C50 混凝土，建成后為評測其承載能力，需進行靜載試驗評估。

該橋技術標準：

（1）橋面寬度：單側橫向布置為 0.5m（防撞護欄）+19.5m（車道凈寬）+2.35m（人行道）+0.4m（人行道欄桿）。

（2）橋梁結構設計基準期：100 年；結構設計安全等級：一級；橋梁所處環境類別：Ⅱ類。

（3）設計荷載：公路—Ⅰ級（適用于城市主干路）；人群荷載：3.5KPa 的均布荷載。

（4）橋梁凈空：規劃河道常水位 2.0m，最高水位2.5m，本工程河道沒有通航要求。

1 試驗的目的及依據

1.1 試驗目的

按照試驗方案，將靜止的荷載作用在橋梁上的指定位置（圖 1），觀測橋梁結構的靜力位移、靜力應變、裂縫等參量，然后根據有關規范和規程的指標，判斷橋梁結構的承載能力以及在荷載作用下的工作性能。

圖 1 測試截面示意圖

1.2 試驗依據

（1）“天津某工業區市政基礎設橋梁工程”圖紙

（2）JTG 3362—2018《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》

（3）《公路舊橋承載能力鑒定方法》

1.3 試驗內容

（1）撓度檢測：檢測在試驗荷載作用下預應力空心板梁 L/4、L/2、3L/4 跨撓度。

（2）應力檢測：檢測預應力空心板梁跨中、L/4跨、3L/4 跨梁底及跨中腹板混凝土表面應力。

（3）裂縫觀測：在靜載試驗過程中，觀測跨中梁底有無橫向裂縫和支座附近腹板有無斜裂縫。

2 試驗方案

2.1 試驗梁的選擇

根據計算結果，綜合比較中、邊梁的內力，著眼于成橋運營的安全性，會同業主、設計、監理等有關方面，依據施工情況及有關資料，選用施工質量較差、成橋后受力最不利的梁作為試驗對象。

此次 25m 后張預應力空心板梁靜載試驗，選取K0+105.5 中橋左幅橋 8 號中板作為試驗對象。

2.2 測點布置

此次 25m 后張預應力空心板梁靜載試驗，選取中板跨中截面作為控制截面，測試截面如圖 2 所示。

2.2.1 撓度測點

撓度測點共布置 8 個，沿梁縱向分別布置在支座、L/4、L/2、3L/4 處，其中 L 為支座中心線之間的距離，支座處測點用于檢測支座沉降量。各處的測點圖見圖 3和圖 4。

圖 2 撓度測點布置示意圖

圖 3 1-1、5-5 截面撓度測點橫向布置圖

圖 4 2-2、3-3、4-4 截面撓度測點橫向布置圖

2.2.2 應力測點

預應力空心板梁共布置 11 個應力測點，其中在板梁跨中截面布設應力測點 9 個，分別為：梁底 1 個、沿腹板高一側布置 5 個、另一側布置 3 個，用于檢測在試驗荷載作用下混凝土的最大拉、壓應力以及沿梁高應變變化情況；在 L/4 及 3L/4 截面梁底各布置 1 個測點，用于測量梁底混凝土應力。

測點布置如圖 5～7 所示。

圖 5 應力測點布置立面圖

圖 6 3-3 截面應力測點橫向布置圖（單位：cm）

圖 7 2-2、4-4 截面應力測點橫向布置圖（單位：cm）

2.3 加載方案

2.3.1 試驗荷載效率

此次試驗的 25m 后張預應力空心板梁，計算跨徑為 24.3m。考慮二次恒載和活載的作用，選取最不利荷載組合計算各控制截面的內力。經計算試驗需要加載彎矩值為 1193.71kN·m，試驗實際加載彎矩值為1020.47kN·m，試驗荷載效率系數為 0.85，滿足規范值0.8～1.05 的范圍要求。

2.3.2 試驗荷載

試驗采用成捆鋼絞線作為砝碼進行加載，共 6 捆，砝碼具體質量見表 1。

表 1 加載砝碼對照表

試驗共分 4 級進行加載，每個砝碼寬 1m，相鄰砝碼中心距離為 1.5m。在試驗中，為保證試驗數據的可靠，每級荷載加完以后，持荷 15 分鐘后讀數，且應每隔 3～5 分鐘讀數一次，當數據增量小于上一次增量的10% 時，即可認為數據穩定可靠。

2.3.3 試驗程序

此次靜載試驗加載分 4 級進行，卸載采用 3 級對稱卸載的方法，以便與加載過程進行校核。

2.3.4 試驗注意事項

在試驗過程中若出現下列情況，應立即告知試驗指揮者，并停止加載試驗：

（1）梁底撓度過大或者應力（應變）值過大，超過理論計算值。

（2）如出現裂縫，應先停下檢查原因，核實無誤后再決定是否繼續加載。

（3）加載過程中，相關參數變化出現異常。

表 2 板梁撓度測試結果 mm

3 試驗結果與分析

3.1 梁體撓度結果及分析

根據所加試驗荷載，理論撓度值采用 MIDAS/CIVIL 進行計算。各測點撓度值應為實測撓度值與支座沉降量之間的差值。

各階段荷載作用下板梁撓度測試結果見表 2。由表2 可見，卸載后 L/4、L/2、3L/4 截面處的殘余變形值為分別為 0.18mm、0.10mm、0.13mm，相對殘余變形分別為 4.42%、1.76%、3.56%，小于新結構殘余變形的上限——20%，表明該預應力空心板梁結構工作狀態良好。

各測試截面撓度變化如圖 8 所示，實測最大撓度為5.68mm，小于理論計算值 10.89mm，且小于規范規定限制 L/600=41.67mm，撓跨比為 1/4278。

圖 8 各測試截面荷載—撓度曲線圖

跨中截面實測撓度與荷載的關系如圖 9 所示。由圖9 可見，在各級試驗荷載作用下，試驗梁跨中截面的撓度隨荷載的增加基本呈線性變化，符合結構計算理論，表明結構在彈性階段內工作。

圖 9 跨中測點荷載—撓度曲線圖

3.2 梁體應力檢測結果及分析

通過連續 4 級加載，3 級卸載，各測點的應變值見表 3，跨中截面梁底應力見表 4，其中負值表示受壓，正值表示受拉。

表 3 梁體各測點應變值（με）

由圖 10 可見，各測點應變值沿梁高呈線性關系，符合平截面假定。理論計算截面中性軸位于距離梁底64cm 高的位置，從圖上來看，實測值基本在此附近，應變測試結果表明梁體工作良好。

圖 10 跨中截面應變測試結果

由表 4 和圖 11 可見，該梁在試驗最大荷載作用下，跨中截面梁底混凝土產生的最大拉應力為2.81MPa，理論計算拉應力為 4.17MPa，應力校驗系數為 0.67。各加載級間應變變化與加載砝碼數成正比關系，應變值較好的符合線性關系。

表 4 跨中梁底測點（3-9）應力值 MPa

圖 11 跨中梁底測點荷載—應變曲線圖

由表 5 和表 6 可見，該梁在試驗最大荷載作用下，L/4 跨截面梁底混凝土產生的最大拉應力為 2.10MPa，理論計算拉應力為 2.58MPa，應力校驗系數為 0.81；3L/4 跨截面梁底混凝土產生的最大拉應力為 2.32MPa，理論計算拉應力為 2.58MPa，應力校驗系數為 0.90。

表 5 L/4 跨梁底測點（2-1）應力值表 MPa

表 6 3L/4 跨梁底測點（4-1）應力值表 MPa

3.3 裂縫觀測結果

在該梁加載過程中，滿載持續時間內及卸載以后，跨中梁底無橫向裂縫，支座附近腹板無斜向裂縫。

4 結論

通過對橋梁左幅橋 8 號中板的靜載試驗與分析可得如下結論：

（1）在短期使用荷載作用下混凝土的應變及撓度變形均與理論計算值吻合，跨中最大應變及撓度變形均符合規范要求。

（2）在短期荷載作用下，荷載—撓度曲線符合線性規律，說明試驗梁在彈性階段工作。

（3）在試驗過程中，梁體沒有產生新裂縫，板梁承載能力滿足設計要求。

（4）試驗結論說明理論分析與實際試驗相吻合，達到了試驗檢測的目的，說明該試驗原理、方法及數據處理符合實際要求。