损伤空心板梁桥静载试验与分析

左 强

1 桥梁概况与病害

某空心板梁桥在运营一段时间后，出现多处不同程度损伤，板梁底面出现纵向裂缝、漏水、钢筋锈蚀等现象，严重威胁桥梁的正常使用。纵向裂缝的宽度在0.12 mm～4 mm，部分裂缝区域明显漏水，其他裂缝区表面干燥但有析白、结晶的现象。部分板梁底部有孔洞，钢绞线锈蚀，底部钢绞线的上部无混凝土，钢筋及钢绞线并未与底板的混凝土握裹，病害见图1。鉴于桥梁的病害严重，分布较广，决定进行静载试验以更好的评定桥梁的状态。

2 试验内容

根据现场检查与检测的情况及病害和损伤程度的代表性，选取试验桥跨应能反映整体桥梁的情况，对桥梁病害情况较严重的一跨进行静载试验，根据理论承载能力检算的结果，按照汽车—20，挂车—100的设计荷载等级逐级对桥梁进行加载，检测跨中等关键截面的板梁混凝土纵向应变、跨中竖向挠度、局部跨裂缝区横向应变等;观测在试验荷载作用下原有裂缝是否扩展，结构有无新生裂缝等情况;检测卸载后混凝土的残余应变，结构残余挠度以及裂缝宽度的恢复情况。

2.1 测试截面及测点布置

为了满足荷载试验检测及分析评定的需要，跨中截面弯矩及挠度最大并且出现较严重的损伤，所以选跨中为主要的测试截面，测试该截面各板梁的纵向应变及挠度。为了解纵向裂缝区的横向应力状态及横向联系，分析纵向裂缝产生的原因，在部分裂缝较严重区域，跨裂缝布置测点，测试横向应变。

为比较跨裂缝区的横向应变和无裂缝区的横向应变，在5号板和6号板也布置测点，见图2。

2.2 加载车辆及工况

2.2.1 加载车辆

按照85规范汽车—20、挂车—100的荷载等级，计算出跨中控制截面在设计荷载下的最大活载弯矩，按照控制截面弯矩等效的原则，将加载车辆在控制截面内力影响线上进行纵向布载，最终确定控制截面的纵向加载车位。静载试验效率在0.90～1.05之间。加载车辆在桥横向按偏载布置和对称布置进行工况设计，以求得所测截面的最大效应。考虑到加载车辆的方便，采用了统一的车辆标准，相同的四辆加重车(重33 t)。

2.2.2 加载工况的确定

根据现场汽车加载移动的便利程度，所进行的实际加载工况顺序编号和其相应的各车辆纵、横向布置如图3所示，采用工况一～工况五。

3 静载试验评定分析

3.1 试验数据分析

3.1.1 结构性能的评定指标［1］

应变校验系数:ησ=测点实测应变/测点理论应变。

挠度校验系数:ηf=测点实测挠度/测点理论挠度。

当η=1时，说明理论与实际相符;当η＜1时，说明结构强度或刚度足够，有安全储备;当η＞1时，说明结构强度或刚度不足，不够安全。

残余挠度fp的绝对值与总挠度fT0的比值应不大于0.2，即:︱fp︱/fT0≤0.2，理论计算时 40号混凝土的弹性模量 Eh=3.3 ×104MPa。此处理论计算模型并未考虑结构的损伤。

3.1.2 数据结果整理与分析

1)跨中挠度分析。根据实测数据的整理，得到跨中各测点在各工况下的挠度值，实测和理论数据的比较可知各板梁挠度的校验系数普遍偏小，在0.3～0.5之间，刚度较好，说明该跨桥梁仍处于弹性工作状态，并且在北偏加载和南偏加载挠度趋于对称(见图4)。

2)跨中纵向应变分析。根据实测数据的整理，得到各截面在各工况下混凝土应变。从实测和理论值的比较中，可知应变的校验系数较大，在0.65～1.19之间，6号板梁的校验系数大于1，桥梁纵向的强度不足，并且桥梁的横向联系较弱(见图5)。

3)跨纵向裂缝横向应变分析。跨板梁底纵向裂缝的横向应变反映裂缝加载车辆作用下的发展趋势，5号板在加载车辆作用下的裂缝宽度变化最大约为0.1 mm，原有的裂缝越宽裂缝变化越大，而5号板粘贴在底板无裂缝区横向应变片基本无变化，说明完好板梁的底板横向基本不受力。6号板的裂缝宽度变化最大约为0.18 mm，趋势同5号板。

3.2 试验过程裂缝观测

试验前5号板梁西半跨存在裂缝而且漏水现象严重，裂缝最大宽度可达0.4 mm，1号板梁底跨中3 m范围内存在纵向裂缝，裂缝最大宽度为0.15 mm，另外13号板梁跨中附近也存在裂缝，裂缝宽度为0.2 mm。试验过程中重点观测这些裂缝，并检查是否有新裂缝的产生。

在最大荷载试验工况下，1号板梁裂缝最大宽度增大至0.18 mm，13号板裂缝最大宽度增大至0.27 mm，5号板裂缝漏水区更为严重，裂缝增量在0.1 mm左右。

卸载后，1号板梁跨中裂缝宽度恢复至0.16 mm，13号板裂缝宽度恢复至0.22 mm，基本恢复。5号板裂缝有所恢复，但恢复量较小。

4 结语

1)测试截面在正常使用极限状态时混凝土应变大部分小于实测值理论计算值，应变校验系数小于1，但是6号板应变校验系数均大于1，表明板梁结构的纵向强度较低，不能满足正常使用的要求。

2)跨纵向裂缝应变测点的实测应变值较大，试验表明所测裂缝在短期荷载作用下有继续开展的趋势，表明板梁横向受力。

3)由试验数据可知在工况荷载作用下，6号板梁的应变值较大，说明此时该板梁不能满足正常使用的要求。由于底部裂缝已通长，根据相应假定的理论计算，若板梁中的1根中部钢绞线已经完全失效，那么板梁在正常使用荷载作用下，下缘会产生2.3 MPa的拉应力，另外个别钢绞线的局部应力也将不满足。完好的板梁虽然满足要求，但设计的压应力储备较小，需要纵向补强或换梁。

［1］宋一凡.公路桥梁荷载试验与结构评定［M］.北京:人民交通出版社，2002:36.