连霍高速某在役预应力混凝土桥梁结构静载试验分析

陈磊河 ，张江丽

(1.河南工程学院 土木工程系，河南 郑州 451191；2.河南金尊置业有限公司，河南 郑州 450002)

桥梁荷载试验是对桥梁结构工作状态进行直接测试的一种检定手段，试验的目的、任务和内容通常由实际的生产或科研需要所决定[1-3].桥梁现场荷载试验是桥梁结构试验中最基本的试验,包括静载试验和动载试验两种.静载试验是结构试验中最大量、最常见的基本试验[4]，一般可以通过重力或其他类型的加载设备来实现和满足加载要求.静载试验是了解结构特性的重要手段，具有直观、可靠的特点，不仅可以直接解决结构的静载问题，而且在进行结构动力试验时，一般也要先进行静载试验，以测定结构有关的特性参数.下面以连霍高速河南段某预应力混凝土空心板桥为例进行探讨.

1 工程概况

1.1 试验桥梁概况

该桥梁工程位于连霍高速公路郑洛段，中心桩号为K685+898，于1995年建成并投入使用.该桥上部结构为10 m跨装配式预应力混凝土空心板，分为南北两幅，每幅桥宽12 m，由12块空心板组成，桥梁净宽11 m，桥梁横断面如图1所示.

图1 桥梁横断面示意图

该空心板按照JTJ 023-85《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》设计，经前期桥梁外观检测，该桥梁的病害情况较为严重.由于客观原因所限，原桥的详细设计与竣工资料未获得.在征得业主同意后，采用目前工程界公认的比较可靠的桥梁静载试验方法[5]，在南半幅桥梁上进行相应的静载试验.

1.2 桥梁静载试验目的

根据相关技术规程及试验桥梁结构的实际特点进行桥梁静载试验，主要达到以下几个目的：

(1)测定该装配式预应力空心板桥在试验荷载作用下的截面应变及挠度；

(2)观测该空心板桥在试验过程中裂缝的发展变化情况；

(3)对该空心板桥的实际承载能力进行评定，为加固设计与施工提供试验依据.

2 桥梁静载试验

2.1 试验的准备和组织

2.1.1 试验人员的组织

根据试验目的、试验要求和现场工作条件，试验人员主要分为外联保通组、桥上控载组、桥下设备组及后勤记录组等.

2.1.2 试验车辆的选择

由于该桥依据JTJ 023-85《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》设计，其设计荷载等级为汽-超20，挂-120.其中，汽-超20级车队中重车为(30+2×120+2×140) kN，该重车总吨位为550 kN，主车为(60+2×120) kN，该主车吨位为300 kN.

根据该桥实际的病害状况、桥跨布置及静载试验目的等技术要求，确定采用2辆相同的载重约300 kN的东风自卸载重汽车进行桥梁静载试验，如图2所示.试验车辆平面轴距尺寸如图3所示，其中1号试验车前轴重54 kN，后轴重246 kN；2号试验车前轴重66 kN，后轴重234 kN.1号试验车南侧布置，2号试验车北侧布置.

图2 用于静载试验的2辆加载车辆

图3 试验车辆平面尺寸

2.1.3 荷载试验工况的确定

由于该桥详细的原始设计与竣工资料未获得，经初步计算，考虑了6种荷载试验工况：①荷载工况1——偏载情况下，跨中截面弯矩最不利；②荷载工况2——偏载情况下，1/4跨截面弯矩最不利；③荷载工况3——偏载情况下，支点剪力最不利；④荷载工况4——中载情况下，跨中截面弯矩最不利；⑤荷载工况5——中载情况下，1/4跨截面弯矩最不利；⑥荷载工况6——中载情况下，支点剪力最不利.

2.1.4 主要仪器检测及设备

现场采集设施、设备仪器主要有数字式电阻应变仪、应变片、百分表、放大镜、卷尺、数码相机及其他需用的设备与工具.

2.1.5 应变、挠度及裂缝监控

①应变监控：分别于该桥南幅每块空心板跨中和1/4跨处粘贴电阻应变片，并于试验过程中采用数字式电阻应变仪进行应变监控;②挠度监控：搭设工作平台，并分别于该通道桥南幅每块空心板跨中、1/4跨及两端支座处布设百分表，并于试验过程中采用机读或人读的方式进行挠度监控;③裂缝观测：试验过程中，指定人员随时观察结构各部位可能产生的新裂缝、破损及不正常响声等，及时报告试验指挥人员，以便采取相应措施.

2.2 试验结果及分析

(1)各试验荷载工况下，各空心板测点的试验挠度值见表1～表6，各工况挠度横向分布情况如图4～图9所示.

表1 荷载工况1各板挠度变形情况

图4 工况1之跨中挠度横向分布

图5 工况2之1/4跨挠度横向分布

表2 荷载工况2各板挠度变形情况

表3 荷载工况3各挠度变形情况

图6 工况3之支点处挠度横向分布

图7 工况4之跨中挠度横向分布

表4 荷载工况4各板挠度变形情况

表5 荷载工况5各板挠度变形情况

图8 工况5之1/4跨挠度横向分布

图9 工况6之支点处挠度横向分布

表6 荷载工况6各板挠度变形情况

基于表1～表6与图4～图9的分析可以看出，该桥横向分布与设计状态相比，其荷载横向分布能力大幅度降低.其中，跨中和1/4跨横向分布的差异，应与沿桥梁纵向板间铰缝的状态有关；支点处挠度的变异，除与支点处铰缝的工作状态有关外，伸缩缝的影响也应考虑在内.

将各荷载试验工况所对应的最不利截面的最大挠度实测值及基于试验荷载的理论计算最大值列于表7并进行比较.

表7 各工况对应控制截面的最大挠度对比

(2)各试验荷载工况下，各空心板测点的混凝土应变值见表8、图10和图11.

表8 各试验荷载工况下各空心板测点的混凝土应变值

图10 各空心板跨中截面混凝土应变值

图11 各空心板1/4截面混凝土应变值

将各荷载试验工况所对应的最不利截面的最大应变/应力实测值及基于试验荷载的理论计算最大值列于表9，并进行比较.

表9 各工况对应控制截面的最大应变/应力对比

3 结论

(1)静载试验结果表明，静载试验桥梁各板间连接处于不良工作状态，横向分布不均匀，应采取必要的措施进行处理，以提高车辆荷载的横向分布能力.

(2)静载试验结果表明，在试验荷载作用下，桥梁结构基本仍处于线弹性状态，其安全性要求仍可满足.但考虑到目前高速公路普遍存在的超载、超限问题，应采取必要的结构加固措施.

(3)桥梁静载试验结果也从一定程度上表明，桥梁的荷载横向分布能力大幅度降低，并导致桥梁结构整体刚度的降低，即使桥梁结构的安全性仍能得到满足，但其使用性要求(如变形)已经不能得到满足.

(4)通过桥梁静载试验，对桥梁安全性综合评价结果进行验证，结果表明，采用该基于桥梁结构外观检查、检测桥梁安全性的综合评定方法，评价结果较符合桥梁结构的实际状况，便于工程应用.

参考文献：

[1]王钧利.在役桥梁检测、可靠性分析与寿命预测[M].北京：中国水利出版社，2006.

[2]张来勇，李辉，宋书军.预应力混凝土简支梁桥静载试验分析[J].建筑知识，2011(12)：318-319.

[3]马进士，陶鹏，叶翔,等.基于静载试验的某预应力混凝土简支板桥状态评估[J].工程建设与设计，2011(12)：104-107.

[4]卢红斌.公路桥梁试验检测技术及应用[J].科技资讯，2006(28)：79.

[5]章关永．桥梁结构试验[M].北京：人民交通出版社，2010．