預(yù)應(yīng)力混凝土梁開裂后荷載試驗(yàn)分析

王 彬，姜新雪

（山東高速工程檢測(cè)有限公司，山東 濟(jì)南 250002）

引言

甘珠廟大橋檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁梁底存在橫向裂縫，通過荷載試驗(yàn)判斷裂縫對(duì)承載能力的影響。

1 橋梁概況

甘珠廟大橋?yàn)橐蛔珫|西走向的六跨梁橋，橋梁全長(zhǎng)為279 m，東起第1 跨～第3 跨為主橋，跨徑組合為40.0 m+70.0 m+40.0 m，采用三跨單箱單室變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，箱梁底寬6 m，頂寬12 m，兩側(cè)翼緣長(zhǎng)均為3.0 m。梁高、底板厚均按二次拋物線變化，梁高變厚度為4.0（支點(diǎn)）～2.0 m（跨中）；底板變厚度為0.65 （支點(diǎn)）～0.30 m（跨中）。頂板厚度為0.28 m，腹板變厚度為0.45 ～0.65 m。箱梁僅設(shè)支點(diǎn)端橫隔梁，不設(shè)跨中橫隔梁。墩臺(tái)處箱梁下設(shè)盆式橡膠支座。設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為公路-Ⅰ級(jí)，主橋連續(xù)箱梁按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)。

2 荷載試驗(yàn)[1]

2.1 靜載試驗(yàn)測(cè)試斷面及測(cè)點(diǎn)布置

2.1.1 靜載試驗(yàn)測(cè)試斷面布置

根據(jù)理論計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)病害檢查結(jié)果，選取該橋中跨和西邊跨箱梁最大正彎矩截面和2#墩頂最大負(fù)彎矩截面共3 個(gè)截面作為控制斷面進(jìn)行靜載試驗(yàn)，試驗(yàn)工況及相應(yīng)控制斷面見表1，控制斷面的位置見圖1。

表1 試驗(yàn)工況及對(duì)應(yīng)控制斷面

圖1 主橋預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁測(cè)試斷面位置/mm

2.1.2 靜載試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置

1-1 斷面及2-2 斷面應(yīng)變和撓度測(cè)點(diǎn)布置見圖2，3-3 斷面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置見圖3。

圖2 1-1 斷面、2-2 斷面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置/mm

圖3 3-3 斷面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置/mm

2.2 靜載試驗(yàn)荷載

靜載試驗(yàn)荷載采用4 輛每輛重450 kN 的三軸載重貨車作為試驗(yàn)荷載，前軸中90 kN，中后軸共重360 kN，前軸與中軸間距為1.4 m，中軸與后軸間距為3.6 m。

2.3 靜載試驗(yàn)效率

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）中相關(guān)要求，荷載試驗(yàn)效率η應(yīng)滿足0.95 ～1.05。橋梁設(shè)計(jì)荷載為公路-Ⅰ級(jí)，預(yù)應(yīng)力箱梁各斷面靜載試驗(yàn)效率見表2，其中，設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)已計(jì)入理論沖擊系數(shù)。

表2 靜載試驗(yàn)效率系數(shù)

3 靜載試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 結(jié)構(gòu)彈性性能分析

在北偏載載位下，中跨箱梁底板鋼筋實(shí)測(cè)應(yīng)變- 彎矩關(guān)系曲線、梁底實(shí)測(cè)撓度- 彎矩關(guān)系曲線見圖4 ～圖5。

圖4 1-1 斷面北偏載箱梁底板鋼筋實(shí)測(cè)應(yīng)變-彎矩關(guān)系曲線

圖5 1-1 斷面北偏載箱梁梁底各測(cè)點(diǎn)撓度-彎矩關(guān)系曲線

在北偏載載位下，邊跨最大正彎矩?cái)嗝嫦淞旱装寤炷翆?shí)測(cè)應(yīng)變-彎矩關(guān)系曲線、梁底實(shí)測(cè)撓度-彎矩關(guān)系曲線見圖6 ～圖7。

圖6 2-2 斷面北偏載箱梁底板混凝土實(shí)測(cè)應(yīng)變-彎矩關(guān)系曲線

圖7 2-2 斷面北偏載箱梁梁底各測(cè)點(diǎn)撓度-彎矩關(guān)系曲線

3.2 結(jié)構(gòu)荷載效應(yīng)校驗(yàn)系數(shù)

（1）中跨箱梁最大正彎矩?cái)嗝妫?-1 斷面）在試驗(yàn)荷載作用下，箱梁底板鋼筋應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在1.5 ～2.09 之間，梁底撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.74。在北偏載試驗(yàn)荷載作用下，梁底鋼筋應(yīng)變測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)大于1.0，表明中跨預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁實(shí)際受力狀況較理論狀況差，不能滿足設(shè)計(jì)要求。（2）邊跨箱梁最大正彎矩?cái)嗝妫?-2 斷面）在試驗(yàn)荷載作用下，箱梁底板混凝土應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.42 ～0.74 之間，梁底撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.62 ～0.68 之間，均小于1.0，承載能力滿足《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60—2015）中公路-Ⅰ級(jí)荷載等級(jí)的要求。（3）中墩（2#橋墩）支點(diǎn)最大負(fù)彎矩?cái)嗝妫?-3 斷面）在試驗(yàn)荷載作用下，箱梁各測(cè)點(diǎn)混凝土應(yīng)變?cè)?29.7 ～10.4 之間，校驗(yàn)系數(shù)在0.24 ～0.73 之間，均小于1.0，承載能力滿足《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60—2015）中公路-Ⅰ級(jí)荷載等級(jí)的要求。

3.3 結(jié)構(gòu)相對(duì)殘余變形

（1）中跨箱梁最大正彎矩?cái)嗝妫?-1 斷面）底板鋼筋應(yīng)變片殘余應(yīng)變?cè)?.1 ～13.3 με 之間，相對(duì)殘余應(yīng)變?cè)?%～9.63%之間；殘余變形在0.20 ～0.35 mm 之間，相對(duì)殘余變形在1.23%～2.22%之間，相對(duì)殘余應(yīng)變和相對(duì)殘余變形均小于《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）規(guī)定容許值20%。（2）邊跨箱梁最大正彎矩?cái)嗝妫?-2 斷面）底板混凝土應(yīng)變相對(duì)殘余變形為0；殘余變形在0～0.16 mm之間，相對(duì)殘余變形在0%～3.08%之間，相對(duì)殘余應(yīng)變和相對(duì)殘余變形均小于JTG/T J21—2011規(guī)定的容許值20%。（3）中墩（2#橋墩）支點(diǎn)箱梁最大負(fù)彎矩?cái)嗝妫?-3 斷面）各測(cè)點(diǎn)混凝土殘余應(yīng)變?cè)? ～-2.4 με 之間，相對(duì)殘余應(yīng)變?cè)?%～10.01%之間，小于《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）規(guī)定的容許值20%。

3.4 箱梁底板橫向裂縫監(jiān)測(cè)

試驗(yàn)荷載作用下箱梁梁底橫向裂縫處應(yīng)變實(shí)測(cè)值為108με，推算至裂縫擴(kuò)展寬度為0.019 mm，卸載后應(yīng)變?yōu)?με，可認(rèn)為其裂縫擴(kuò)展的寬度已基本閉合，但梁底橫向裂縫處應(yīng)變實(shí)測(cè)值為108με，是此處未開裂截面理論計(jì)算值102 με 的1.06 倍，由于裂縫的存在，該橫向裂縫處應(yīng)變發(fā)生較大突變，說(shuō)明裂縫為受力裂縫。

3.5 結(jié)構(gòu)剛度檢驗(yàn)

在試驗(yàn)荷載作用下，中跨跨中箱梁最大正彎矩?cái)嗝媪旱自?.017 倍公路-Ⅰ級(jí)荷載作用下實(shí)測(cè)跨中撓度最大值為15.02 mm，推算至公路-Ⅰ級(jí)荷載（不計(jì)沖擊）作用下的撓度值為15.02 mm，為跨度的1/4 660，遠(yuǎn)小于《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 023—85）所規(guī)定的L/600 允許值116.7 mm；邊跨箱梁最大正彎矩?cái)嗝媪旱自?.998倍公路-Ⅰ級(jí)荷載作用下實(shí)測(cè)跨中撓度最大值為4.92 mm，推算至公路-Ⅰ級(jí)荷載（不計(jì)沖擊）作用下的撓度值為4.92 mm，為跨度的1/7 981，遠(yuǎn)小于JTJ 023—85 所規(guī)定的L/600 允許值65.5 mm。

4 荷載試驗(yàn)小結(jié)[2]

（1）在公路-Ⅰ級(jí)等效試驗(yàn)荷載作用下，主橋中跨跨中梁底有68%的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)大于1.0，表明該橋中跨上部結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力箱梁跨中正截面預(yù)應(yīng)力不足，截面受力不符合設(shè)計(jì)的全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的受力要求，在正常使用極限狀態(tài)下不能滿足設(shè)計(jì)荷載的要求。（2）裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，在正常使用要求下該橋中跨跨中箱梁底板混凝土橫向裂縫寬度擴(kuò)展較為明顯，為受力裂縫，不利于結(jié)構(gòu)使用安全。

5 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)預(yù)應(yīng)力混凝土橋箱梁底面出現(xiàn)較多橫向裂縫時(shí)，說(shuō)明該橋承載能力下降，應(yīng)立即采取相應(yīng)方法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)承載能力。