某預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋項(xiàng)目靜載試驗(yàn)分析

李 澄

（貴州路橋集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550001）

0 引言

橋梁在長(zhǎng)期服役運(yùn)營(yíng)后，會(huì)因各種環(huán)境侵蝕、交通流量增加、運(yùn)輸超負(fù)荷等原因，而發(fā)生不同程度的損壞[1-4]。該文以某使用了20年的連續(xù)梁橋進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)，對(duì)其工作性能、實(shí)際承載力進(jìn)行分析，綜合評(píng)價(jià)此橋梁的安全性，為在役橋梁的運(yùn)行管理提供依據(jù)[5]。

1 工程概況

某服役高速公路橋梁，其上部結(jié)構(gòu)為19 m×16 m的多跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁，下部結(jié)構(gòu)形式為樁柱型橋墩。這座橋梁共有19個(gè)孔，橋面總寬度為8.75 m，橋設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽車—超20級(jí)。為了對(duì)預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋的典型三跨結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，拆除原橋4~19個(gè)孔，將1~3孔保留作為試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，而進(jìn)行三跨連續(xù)梁橋的原位靜載試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)方案

該試驗(yàn)方案，主要根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范和原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行[6]。先進(jìn)行設(shè)計(jì)荷載試驗(yàn)，計(jì)算出了該橋梁在設(shè)計(jì)荷載水平為汽車—超20級(jí)、掛車—120級(jí)工況下的最大受力極限，以求出最危險(xiǎn)截面的最大彎矩值，并將其作為設(shè)計(jì)載荷作用下的試驗(yàn)載荷加載量的

控制標(biāo)準(zhǔn)[7]。之后，隨著試驗(yàn)荷載的不斷增大，受拉區(qū)的混凝土開(kāi)始開(kāi)裂，甚至出現(xiàn)橋梁整體破壞。

2.1 測(cè)試內(nèi)容

試驗(yàn)的主要內(nèi)容為主梁控制截面在試驗(yàn)荷載下的變形、應(yīng)力變化，最后破壞形式等。

2.2 測(cè)試斷面及測(cè)點(diǎn)布置

主梁試驗(yàn)檢測(cè)，截面布置如圖1所示：1~9號(hào)為應(yīng)變?cè)囼?yàn)截面，其中1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)以及9號(hào)截面，又是撓度檢測(cè)截面。

圖1 主梁繞度和應(yīng)變測(cè)試截面布置

圖2為主梁撓度測(cè)量點(diǎn)的設(shè)置。圖3為主梁應(yīng)變測(cè)量點(diǎn)的設(shè)置。1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)以及9號(hào)截面，按照正彎矩截面的形式，將應(yīng)變測(cè)點(diǎn)排列在截面下沿；4號(hào)、8號(hào)截面按照負(fù)彎矩截面的形式，將應(yīng)變測(cè)點(diǎn)排列在截面上沿[8]。

圖3 主梁橫截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置

2.3 試驗(yàn)加載方案

針對(duì)典型三跨連續(xù)梁橋的受力特性[9]，結(jié)合試驗(yàn)分析目的，最后選定了1號(hào)支座處截面和0號(hào)、1號(hào)邊跨跨中處截面，作為試驗(yàn)載荷的控制截面（圖2），并進(jìn)行了分級(jí)加載試驗(yàn)，共分13個(gè)階段加載，不同階段的加載量如表1所示。

表1 試驗(yàn)加載量分布情況

圖2 主梁繞度測(cè)點(diǎn)示意

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 主梁撓度

在不同水平載荷下，主梁的實(shí)測(cè)撓度變形曲線如圖4所示。而在試驗(yàn)?zāi)┘?jí)載荷下，主梁的撓度分布如圖5所示。在整個(gè)加載環(huán)節(jié)，0號(hào)~1號(hào)邊跨跨中截面的最大撓度變形為6.20 mm，1號(hào)~2號(hào)中跨跨中截面的最大撓度變形為3.50 mm。

圖4 主梁截面撓度變化曲線

由圖4和圖5可知，邊跨跨中截面是加載受力的控制截面，其撓度變形量一般比計(jì)算結(jié)果要低；中跨跨中截面是非加載受力控制截面，其撓度變形量很小。

圖5 最大試驗(yàn)荷載下的主梁撓度分布

3.2 主梁應(yīng)力

在試驗(yàn)荷載下，通過(guò)測(cè)量主梁邊跨中間截面、1號(hào)支座截面、中跨中間截面的應(yīng)變[10]，計(jì)算出了相應(yīng)的應(yīng)力值（見(jiàn)表2）。表2中正值數(shù)據(jù)為拉應(yīng)力，負(fù)值數(shù)據(jù)為壓應(yīng)力。在整個(gè)加載環(huán)節(jié)，主梁邊跨中間截面、1號(hào)支座截面、中跨中間截面的應(yīng)力最大值分別為：6.530 MPa、4.020 MPa、2.970 MPa。

由表2可知，在正常工作載荷條件下，該結(jié)構(gòu)為線性彈性應(yīng)力狀態(tài)，卸載后的變形與應(yīng)變具有較好的彈性恢復(fù)能力。通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的受力和變形的測(cè)試，驗(yàn)證了該結(jié)構(gòu)在正常使用階段的受力情況，處于性能良好狀態(tài)。

表2 試驗(yàn)荷載下主梁各截面測(cè)點(diǎn)處應(yīng)力值

3.3 結(jié)果對(duì)比分析

按設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和有關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，依據(jù)理論公式進(jìn)行計(jì)算，得出了該橋主要截面的受力控制彎矩理論值（見(jiàn)表3）。

表3 關(guān)鍵截面彎矩理論值計(jì)算結(jié)論

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，在邊跨中間截面加載至2 160.0 kN，中跨中間截面加載至1 080.0 kN的情況下，邊跨中間截面下沿混凝土產(chǎn)生裂紋，其加載彎矩為6 270.08 kN.m，理論計(jì)算得出的開(kāi)裂彎矩值為8 148.54 kN.m，二者之比為0.77。當(dāng)繼續(xù)加載后，各控制截面的受力和變形均會(huì)持續(xù)增加。試驗(yàn)最終狀態(tài)顯示：邊跨中間截面底部出現(xiàn)了裂紋，而內(nèi)側(cè)支座截面頂部無(wú)裂紋。

4 結(jié)論

綜上，通過(guò)對(duì)某服役預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋的現(xiàn)場(chǎng)靜荷載試驗(yàn)，以及對(duì)其主梁撓度變形、應(yīng)變等的測(cè)試分析，得出如下主要結(jié)論：

（1）在正常工作狀態(tài)下，對(duì)該橋梁結(jié)構(gòu)的撓度變形、應(yīng)力進(jìn)行了測(cè)試分析，證明了該結(jié)構(gòu)在正常使用階段，還具有較好的承載能力，并具有一定的安全儲(chǔ)備。

（2）當(dāng)邊跨中間截面加載至2 160.0 kN，中跨中間截面加載至1 080.0 kN時(shí)，邊跨中間截面下沿混凝土產(chǎn)生裂紋，其加載彎矩為6 270.08 kN.m，理論計(jì)算得出的開(kāi)裂彎矩值為8 148.54 kN.m，二者之比為0.77。

（3）在試驗(yàn)荷載分級(jí)加載下，整個(gè)加載環(huán)節(jié)，主梁最大撓度變形為0號(hào)~1號(hào)邊跨跨中截面撓度6.20 mm、1號(hào)~2號(hào)中跨跨中截面撓度3.50 mm。

（4）在試驗(yàn)荷載分級(jí)加載下，整個(gè)加載環(huán)節(jié)，主梁最大應(yīng)力值為主梁邊跨中間截面應(yīng)力6.530 MPa、1號(hào)支座截面應(yīng)力4.020 MPa、中跨中間截面的應(yīng)力2.970 MPa。

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)該橋主梁的預(yù)應(yīng)力損失會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在不同程度上受到破壞，結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力有所降低，但正常使用階段的工作性能良好。