不中断交通状态下预应力混凝土简支T型梁桥荷载试验研究

李万德

(1.辽宁省交通规划设计院有限责任公司 沈阳市 110166；辽宁大通公路工程有限公司 沈阳市 110111)

0 引言

传统的桥梁荷载试验需要封闭交通，会带来较大的经济损失，并造成出行不便，特别是高速公路等收费公路及部分车流量大或地理位置重要的国省道主干线封闭交通存在交通组织上的难度，如何在不中断交通情况下进行桥梁荷载试验就成为了亟待解决的问题。

试验封闭交通主要有以下四点原因：

(1)对结构安全考虑，国内对试验加载效率的取值一般为0.95～1.05之间，开放交通后，一定概率情况下会出现其它非试验车辆混入试验桥的问题，在混入车辆叠加后的作用下桥梁可能出现过载的安全问题；

(2)传统静力荷载试验的观念认为：对桥梁结构施加荷载后，结构响应稳定必须要有一定的持荷时间；

(3)车桥耦合作用引起的结构响应代替传统静力荷载下的结构响应尚未有完整的理论实践体系；

(4)早期桥梁荷载试验仪器设备落后，试验多采用机械式仪表，需要人工进行读数，无法得到结构的动力响应数据。

通过某高速公路30m预应力混凝土简支T梁桥的荷载试验，分析其在移动荷载与静力荷载作用下桥梁结构响应的差异情况，对建立不中断交通状态下进行桥梁荷载试验方法的可行性进行探索性研究。

1 加载试验设计

1.1 加载试验概况

以某高速公路30m装配式预应力混凝土简支T梁桥为试验研究对象。该桥计算跨径l0=29.1m，主梁采用强度等级为50号混凝土的带马蹄T形截面，梁高2.0m，高跨比为1/14.55。采用5片跨度内横隔梁，中心距为7.5m。设计荷载为汽车-超20级，挂车-120。桥梁横向布置如图1所示。

1.2 静载试验设计

采用刚接梁法计算该桥的荷载横向分布系数得出该桥最大分布系数主梁为路线外侧边主梁，本次加载试验工况设计为偏载作用下边主梁跨中最大正弯矩加载，控制截面为边梁跨中截面，测试内容为跨中截面挠度、跨中截面应变和支点位移。

试验共使用4辆前二后八轮共3轴载重汽车进行加载，车辆依次上桥停在指定加载位置完成分级加载过程。试验加载效率如表1所示，试验车辆布置见图2、图3所示。

表1 边主梁试验加载效率

1.3 移动荷载试验设计

车辆冲击对桥梁结构响应会产生增大的影响，为模拟移动荷载加载，要求车辆缓慢匀速行驶，且需避免车辆在桥上加减速。本次试验加载车同向行驶，按静载试验加载车辆间相对横向、纵向位置和加载车数量分四级驶过桥梁，行驶速度均为5km/h。

2 试验结果对比分析

2.1 支点位移分析

为得到桥梁结构因弯曲而产生的真实挠度结果，在试验中一般需剔除支座因受压变形而产生的竖向位移。本次试验静载与移动荷载作用下支点位移对比结果见表2，静载与移动荷载作用下支点位移见图4。

表2 边主梁梁支点位移(单位：mm)

从图表可以看出，各级移动荷载作用下的支点位移小于静载作用下支点位移，分析其原因为橡胶支座完成受压变形存在一定的延迟时间；移动荷载与静载作用下支座位移的差值比例随着荷载的增加在逐渐减小。

2.2 校验系数分析

移动荷载行驶通过简支梁桥为结构从加载到卸载的过程，低速行驶的移动车辆对结构产生的动力响应程度是否可忽略，对模拟静力荷载试验至关重要，以下对比分析了跨中截面挠度和梁底应变的移动荷载时程曲线与静载持荷结果的关系，跨中截面挠度数据汇总如表3所示。

表3 边主梁跨中挠度(单位：mm)

跨中截面挠度曲线如图5所示。

从跨中截面挠度试验结果可以看出：在移动荷载作用下跨中挠度时程曲线光滑，车桥振动对结构挠度响应的影响较小；移动荷载的时程曲线最大值与静载持荷值间的差值比例为0%～5%，校验系数相差4%，移动荷载可代替静力荷载对结构挠度校验系数进行评价。

跨中截面梁底应变数据如表4所示。

表4 1号梁跨中梁底应变

跨中截面梁底应变如图6所示。

从跨中截面梁底试验结果可以看出：在移动荷载作用下跨中挠度时程曲线光滑，车桥振动对结构挠度响应的影响较小；移动荷载的时程曲线最大值与静载持荷值间的差值比例为2%～12%，梁底应变的差值比例随着荷载级别增加而减小，校验系数相差2%，移动荷载可代替静力荷载对结构应变校验系数进行评价。

2.3 荷载横向分布影响分析

为研究移动荷载与静力荷载作用下桥梁结构响应的横向分布差异，对比分析了1号边主梁在荷载最不利加载时的各片梁横向分布关系如表5、图7所示。

从结构跨中挠度横向分布可以看出，移动荷载与静载对结构响应影响差值较小，可代替静力荷载对结构横向分布进行评价。

表5 荷载横向分布系数分析

2.4 相对残余变形分析

相对残余变形是反映结构是否处于线弹性工作阶段的重要参数指标，移动荷载与静力荷载下结构相对残余变形如表6所示。

表6 相对残余变形分析

从结构跨中挠度横向分布可以看出，移动荷载与静载下结构相对残余变形相同，可代替静力荷载对结构横向分布进行评价。

3 结论

通过5km/h速度下移动荷载与静力荷载试验下桥梁结构响应的对比分析，得出以下结论：

(1)低速移动荷载下支座最大受压变形小于等静力荷载下的最大变形，随着荷载增加该变形的差值比例在不断缩小；支座受压变形速率滞后于结构其它响应速率。

(2)低速移动荷载最不利加载主梁控制截面的结构响应最大值与静载试验持荷值相差较小，挠度校验系数结果相差4%，应变校验系数结果相差2%，校验系数结果可用于结构荷载试验评价。

(3)低速移动荷载与静力荷载的荷载横向分布几乎结果相同，移动荷载可代替静力荷载用于结构横向联系的评价。

(4)低速移动荷载产生的相对残余变形与静力荷载试验结果相同，说明低速移动荷载可应用于结构线弹性状态进行评价。

通过以上分析结论得出，在不中断交通状态下采用低速移动荷载替换静力荷载进行荷载试验评价具有一定的可行性，可进行适当推广应用。