大跨度預應力混凝土連續剛構橋梁靜力試驗研究

惠興智

（山西省交通科技研發有限公司，山西 太原 030032）

開展靜力試驗是檢測大跨度預應力橋梁安全與否的重要方法之一，近年來，國內學者對此進行了一些研究，主要有：文獻[1-2]分別對4個部分預應力混凝土扁梁框架節點進行擬靜力試驗研究，并基于試驗重點分析了節點的變形能力和剛度退化等性能，此外，針對低周反復荷載作用下，對預應力混凝土框架節點的破壞機理進行了詳細分析。文獻[3-4]以某地大跨徑預應力混凝土V形工程為研究對象，進行了靜載試驗研究，并對連續剛構橋靜力特性分析，最后將實測數據與數值模擬數據進行對比，進行了相互驗證。文獻[5-6]針對某橋梁開展荷載試驗，并建立彎橋的有限元模型，重點分析了橋梁在設計活荷載下的靜力和動力特性，最終對橋梁的應變和撓度，以及頻率和振型進行了細致分析。本文主要以某大跨度預應力混凝土連續剛構為研究對象，對橋梁靜載試驗的過程進行了歸納總結，重點對橋梁主橋在控制斷面或橋跨等分點處撓度、橋跨控制斷面應變（應力）、試驗過程中的裂縫和異常現象進行了記錄和觀測。

1 工程概況

某全橋共2聯，上部結構為6×20 m先簡支后結構連續T梁+（86+160+86）m預應力混凝土連續剛構，下部結構主墩由兩片薄壁墩組成，每片薄壁墩采用矩形實心截面。

墩身上部端與箱梁0號梁段固結，下端部與承臺固結。過渡墩采用柱式墩，主墩承臺采用（14.0×14.0×5.0）m矩形承臺，主墩樁基均采用9根直徑為2.0 m樁基，過渡墩采用2根2.5 m樁基；橋臺為重力式U型橋臺，群樁基礎。主橋立面圖和橫斷面圖如圖1和圖2所示。

圖1 主橋立面圖（單位：m）

圖2 典型斷面圖

2 試驗過程與方法

2.1 試驗內容

試驗內容主要包括有：a）橋梁斷面撓度監測；b）橋梁斷面的應變監測；c）裂縫觀測；d）異常現象觀測。

2.2 試驗點布置

2.2.1 撓度測點布置

如圖3所示，撓度測試截面及測點在主橋全橋近似等分布置撓度測點，縱向2條測線，布置在護欄帶兩側。

圖3 主橋撓度測點布置（單位：m）

2.2.2 應變測點布置

如圖4所示，共設置J1、J2、J3截面，每個截面上各布置8個測點，各斷面測點位置詳見圖5，其中圖中“”標記為混凝土表面應變測點。

圖4 主橋應變測試截面布置（單位：m）

圖5 各控制截面應變測點布置

2.3 試驗方法

2.3.1 試驗荷載

本次試驗主要依據對橋梁斷面控制截面內力的等效法則來布置荷載。試驗之前對加載所使用車輛進行重量測定并編號，表1為試驗車輛技術參數表，其中前-中軸距a均為3.80 m，中-后軸距b均為1.35 m，輪距均為1.80 m，圖6為試驗車輛示意圖。

圖6 試驗車輛示意圖

表1 試驗車輛技術參數表 kN

2.3.2 試驗荷載效率

靜力試驗荷載按控制內力、應力或變位等效原則確定。依據《公路橋梁荷載試驗規程》JTG/T J21-01—2015第5.4.2條靜力荷載試驗效率ηq，對竣工驗收荷載試驗，宜介于0.85～1.05之間。

式中：Ss為靜力試驗荷載下的橋梁控制截面位移或者內力的最大計算效應值；S為此時的最不利效應計算值；ηq為荷載效率；μ為沖擊系數。

2.3.3 加載布置

主橋各工況試驗車輛加載縱向布置圖見圖7，工況5和工況6因與工況1和工況2對稱，未列出。圖8為主橋加載試驗車輛橫向布置圖。

圖7 主橋加載車縱向布置圖（單位：m）

圖8 主橋加載試驗車輛橫向布置（單位：cm）

2.3.4 加載方式

本次試驗采用分級加載的方式，卸載過程中采用緩慢有序的方式。具體的加載程序如下：第一步按照試驗滿載的1/2～2/3進行預加載試驗；第二步通過對加載車輛進行自然分級，共進行3級加載；第三步為采用緩慢有序的方式分級卸載。

如表2所示，試驗過程中分別進行了中、偏載試驗，表中羅馬數字對應表1中的車輛編號。英文“YCS”代表應力分級的測試；“NCS”代表撓度的分級測試；“Le”代表裂縫的監測。

表2 主橋各加載工況具體布載情況及對應的測試項目

3 試驗結果分析

主要以J1和J3截面為例進行研究分析。

3.1 主橋J1截面試驗結果

3.1.1 撓度

偏載和中載試驗工況下，撓度實測結果與計算滿載值的比較見表3～表6。表中撓度向下為正，實測撓度均為試驗荷載作用下的撓度增量，試驗環境為陰轉晴，試驗溫度為20℃～23℃。

表3 J1截面工況2偏左側加載左側撓度測線

表6 J1截面工況1中載加載右側撓度測線

表4 J1截面工況2偏左側加載右側撓度測線

表5 J1截面工況1中載加載左側撓度測線

由表可知，本次試驗中，截面J1最大實測撓度值為8.79 mm，撓度的校驗系數η介于0.58～0.85。不同試驗工況下監測點的相對殘余撓度均小于規范要求的20%，并且在卸載過程中未出現異常且卸載完畢后恢復原貌。綜上可知，該大跨度預應力混凝土連續剛構橋滿足公路-I級的正常使用要求。

3.1.2 應變

試驗荷載下，測試截面的實測應變及與計算應變的比較見表7、表8。

表7 J1截面工況2偏左側加載實測和計算應變檢測結果

表8 J1截面工況1中載加載實測和計算應變檢測結果

表中應變受拉為正，實測應變均為試驗荷載作用下的增量，測試截面混凝土設計等級為C50，彈性模量Ec=3.45×104MPa。本次試驗環境為陰轉晴，溫度為20℃～23℃。

由表可知，本次試驗中，截面J1最大應變的校驗系數介于0.44～0.73。不同試驗工況下監測點的相對殘余應變均小于規范要求的20%，并且在卸載過程中未出現異常且卸載完畢后恢復原貌。綜上可知，該大跨度預應力混凝土連續剛構橋滿足公路-I級的正常使用要求。

3.1.3 裂縫觀測

本次試驗過程中，均未發現裂縫。

3.2 主橋J3截面試驗結果

由于篇幅有限，本節未列出具體的試驗數據，以下給出主橋J3截面試驗結論。

3.2.1 撓度監測

本次試驗中，截面J3最大實測撓度值為26.76 mm，撓度的校驗系數η介于0.60～0.77。不同試驗工況下監測點的相對殘余撓度均小于規范要求的20%，并且在卸載過程中未出現異常且卸載完畢后恢復原貌。綜上可知，滿足公路-I級的正常使用要求。

3.2.2 應變監測

本次試驗中，截面J3最大應變的校驗系數介于0.46～0.65。不同試驗工況下監測點的相對殘余應變均小于規范要求的20%，并且在卸載過程中未出現異常且卸載完畢后恢復原貌，滿足公路-I級的正常使用要求。

3.2.3 裂縫觀測

本次試驗過程中，均未發現裂縫。

4 結論

本文主要以某大跨度預應力混凝土連續剛構為研究對象，對橋梁靜載試驗的過程進行了研究分析，得到以下結論：

a）試驗中，截面J1和J3最大實測撓度值分別為8.79 mm和26.76 mm，撓度的校驗系數η分別介于0.58～0.85和0.60～0.77。不同試驗工況下監測點的相對殘余撓度均小于規范要求的20%，并且在卸載過程中未出現異常且卸載完畢后恢復原貌，即該大跨度預應力混凝土連續剛構橋滿足公路-I級的正常使用要求。

b）試驗中，截面J1和J3最大應變的校驗系數分別介于0.44～0.73和0.46～0.65。不同試驗工況下監測點的相對殘余應變均小于規范要求的20%，并且在卸載過程中未出現異常且卸載完畢后恢復原貌。即該大跨度預應力混凝土連續剛構橋滿足公路-I級的正常使用要求。

c）試驗過程中，均未發現裂縫，滿足表觀要求。