某預應力混凝土簡支空心板橋靜力性能研究

吳玉鋒

摘要 橋梁靜載實驗可以直接呈現橋梁的實際工作狀態，為此，文章依據某預應力混凝土簡支空心板橋研究對象的實際情況，設計兩種工況，分別是橫向分布加載與偏載加載，并計算各級荷載下的橫向分布系數與相對殘余應變，用于分析某預應力混凝土簡支空心板的靜力性能。實驗證明：該預應力混凝土簡支空心板橋的橫向聯系較優，整個橋梁受力均勻，具備較優的使用性能。該簡支空心板的相對殘余應變在規定范圍內，說明其處于彈性工作階段。

關鍵詞 某預應力；混凝土；簡支空心板；靜力性能；橫向分布加載；偏載加載

中圖分類號 U446.3文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）14-0156-03

0 引言

中小跨徑橋梁內常用的橋型為預應力混凝土簡支空心板橋，其特點為體積小、連接鋼筋薄弱[1]，利用鉸縫傳遞簡支空心板的豎向剪力，確保簡支空心板受力均勻。隨著科技的快速發展，超載車輛明顯增加，為此，橋梁結構的荷載等級也需要提升[2]。在預應力混凝土簡支空心板靜力性能無法滿足車輛安全行駛時，簡支空心板會出現鉸縫損壞與板底裂縫等問題，嚴重影響橋梁的安全使用性能[3-5]。為此，研究某預應力混凝土簡支空心板橋靜力性能，為提升簡支空心板橋的安全使用性能提供參考，確保車輛行駛安全。

1 工程概況

以某省的某預應力混凝土簡支空心板橋為研究對象，該簡支空心板橋的通車時間為2001年，橋面鋪裝為LC40防水混凝土與瀝青混凝土，厚度分別為9 cm與11 cm。該簡支空心板橋的具體參數如表1所示。

2 靜力性能試驗設計

根據該橋梁的實際情況，設計2種加載工況，具體情況如下：

工況1：橫向分布加載。利用一輛車在橋面上施加荷載[6]，另一輛車后軸處于橋梁中心線上，并以該點為起點，開始施加荷載，分5級加載[7-8]。各級荷載下的車輪橫向位置如表2所示。

工況1時，預應力混凝土簡支空心板橋的橫向分布系數g計算公式如下：

式中，n——預應力混凝土簡支空心板數量；fi——第i個簡支空心板的測點撓度。

工況1時，各級荷載作用下，各預應力混凝土簡支空心板的理論橫向分布系數如表3所示。

工況2：偏載加載，分3級加載[9]。一級荷載為1號車加載；二級荷載為1、2號車輛同時加載；三級荷載為1、2、3號車同時加載[10]。

該橋梁內包含10個預應力混凝土簡支空心板，測定布置結果如圖1所示。

該橋梁內共安裝10個應變計、15個位移計。

該預應力混凝土簡支空心板橋相對殘余應變計算公式如下：

式中，fv——加載達到穩定時的撓度；fi——加載前的撓度；fu——卸載后達到穩定時的撓度。

3 實驗分析

分析工況1時，各級荷載下，各預應力混凝土簡支空心板的橫向分布系數如表4所示。

對比分析表3～4可知，各級荷載下該預應力混凝土簡支空心板橋的橫向分布系數，均略低于理論橫向分布系數，且相差較小，說明實際橫向分布系數與理論橫向分布系數間的擬合結果較優，即該簡支空心板橋的實際橫向聯系并未出現顯著的改變，簡支空心板橋間的傳力性能較優，整個橋梁受力均勻。

分析工況1時，各級荷載下，各預應力混凝土簡支空心板的應變分析結果如表5所示。

分析表5可知，隨著荷載等級的增加，各預應力混凝土簡支空心板的實際應變呈上升趨勢。簡支空心板1的最大應變為10.89 MPa；簡支空心板2的最大應變為67.99 MPa；簡支空心板3的最大應變為98.85 MPa；簡支空心板4的最大應變為90.14 MPa；簡支空心板5的最大應變為93.35 MPa；簡支空心板6的最大應變為93.67 MPa；簡支空心板7的最大應變為93.94 MPa；簡支空心板8的最大應變為86.91 MPa；簡支空心板9的最大應變為85.39 MPa；簡支空心板10的最大應變為82.13 MPa。在四級荷載下，各預應力混凝土簡支空心板的校驗系數均小于1，最高校驗系數為0.82，說明該預應力混凝土簡支空心板橋的應變符合車輛安全通行的使用需求。卸載后，該預應力混凝土簡支空心板橋的相對應變均較低，即該預應力混凝土簡支空心板橋的相對應變均符合車輛安全通行的使用需求。

分析工況2時，該橋各預應力混凝土簡支空心板的相對殘余應變的分析結果如表6所示。

分析表6可知，各級荷載下該預應力混凝土簡支空心板橋的殘余應變均較小，平均殘余應變為0.106 MPa；相對殘余應變也均較小，均未超過規定的限值20%，平均相對殘余應變為0.002%。綜合分析可知，該預應力混凝土簡支空心板橋的相對殘余應變并未超過限值，說明其處于彈性工作階段，具備較優的使用性能。

4 結論

以某預應力混凝土簡支空心板橋為研究對象，分析其在不同工況下的靜力性能。實驗結果表明：橫向分布加載時，各級荷載下，各級荷載下該預應力混凝土簡支空心板橋的橫向分布系數，與理論橫向分布系數相差較小，說明簡支空心板橋的實際橫向聯系并未出現顯著的改變，其傳力性能較優，整個橋梁受力均勻；各級荷載下該預應力混凝土簡支空心板橋應變的校驗系數均小于1，最高校驗系數僅為0.82，說明該預應力混凝土簡支空心板橋的應變符合車輛安全通行的使用需求。偏載加載時，各級荷載下該預應力混凝土簡支空心板橋相對殘余應變均較小，均未超過規定的限值20%，平均相對殘余應變為0.002%。綜合分析可知，該預應力混凝土簡支空心板橋的相對殘余應變并未超過限值，說明該簡支空心板橋處于彈性工作階段，具備較優的使用性能。

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