預應力混凝土現(xiàn)澆箱梁彎橋荷載試驗分析

陳錫波

（貴州橋梁建設集團有限責任公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

橋梁作為城市交通的重要要素構成，為適應橋梁造型美感、橋梁與周圍建筑物、構筑物協(xié)調性要求，彎橋不斷應用于城市橋梁工程。相較于常規(guī)直橋結構，彎橋可有效適應城市線路整體走向，保證城市交通線路通行能力、通行效率[1-4]。但由于橋體線形、結構較為復雜，其結構受力作用下發(fā)生輕微翹曲和扭轉變形，在荷載作用下，都會承受一定彎矩和扭矩作用，且兩種作用之間存在相互影響，使梁體長期承受彎扭耦合作用[5-6]?；诖?，該文以實體工程為依托，利用荷載試驗分析預應力混凝土現(xiàn)澆箱梁彎橋受力特性，對保證橋梁結構穩(wěn)定具有重要意義。

1 工程概況

某橋梁為城市橋梁，全長3×30=90.0 m，寬25 m，橋位處線路位于半徑R=500 m 道路曲線及緩和曲線，故采用彎橋結構適應線路整體走向。橋址處地勢整體平坦，呈西南高、東北低緩傾斜。

橋梁上部結構采用現(xiàn)澆預應力箱梁結構，主梁采用單箱四室斷面，外腹板與頂板間設置半徑3.5 m 圓弧過渡，與底板間設置0.6 m 的圓弧倒角。端橫梁、中橫梁厚度分別為1.5 m、2.8 m。邊緣翼緣長度隨線路線形、寬度變化相應調整。梁體采用C50 混凝土，按A 類預應力混凝土構件設計，荷載采用城市-A 級。

2 靜載試驗

為驗證橋梁在最不利工況下受力性能可靠性，在現(xiàn)場考察的基礎上，優(yōu)先選擇施工階段存在瑕疵、結構受力最不利、結構技術狀況相對較差結構部位開展靜載試驗。為便于靜載試驗開展，對擬定上述不利工況橋跨結構進行進一步剔除，找出便于施加荷載、布設測點橋跨為最終試驗跨。為保證橋梁受力結構分析可靠性及適用性，選擇當前最為廣泛的Midas/Civil 有限元分析軟件，對橋梁進行靜力理論計算[7]。橋梁靜載試驗表見表1。

表1 橋梁試驗表

2.1 有限元分析

在Midas/civil 軟件中，建立試驗梁模型，見圖1。按城市-A 級荷載標準，分析橋梁荷載效應，橋梁活載彎矩效應圖見圖1。

圖1 活載彎矩效應圖（單位：kN·m）

2.2 試驗荷載

靜載試驗應以保證結構安全為前提，嚴格控制施載位置及載荷大小，一般靜載試驗效率系數(shù):

式中，ηq——靜載試驗荷載效率系數(shù)；Ss——試驗荷載作用下，測試位置最大變位；S′——設計荷載作用下，測試位置最大變位；μ——設計取用的動力系數(shù)。

由于橋梁在荷載效應下，容易引起結構破壞，為保證橋梁結構整體性能，選擇邊跨及中跨最大正彎矩偏載、中載測試工況為研究重點，對結構受力性能展開研究，見表2。

表2 活載彎矩效應表 /kN.m

2.3 測點布置

（1）試驗儀器。應力應變測試選用振弦式應變計；撓度測試選用精密水準儀和百分表。

（2）應力應變測試。為準確測定箱梁跨中梁底各節(jié)點應變情況，在底板、腹板與底板和頂板交界處各設置2個測點。

（3）撓度測試。為準確測定橋跨箱梁各節(jié)點撓度應變情況，將豎向撓度測點設置在各箱梁中心線和兩個支座斷面位置[9]。

2.4 測試規(guī)則

該次試驗采用加載車加載，單車標準荷載約450 kN，擬分三級加載，每一級加載梯度為兩輛，共需6 臺加載車。

（1）靜力加載持續(xù)時間：由測點處結構達到最大應變且保持穩(wěn)定所用時長決定，實際測試中應在15 min 以上。

（2）終止加載條件：1）因加載超載造成結構破壞，影響結構安全，如結構出現(xiàn)多處開裂且寬度超出允許值，或引起原結構裂縫急劇發(fā)育，裂縫長度、寬度明顯增加；2）加載超時或引起橋梁其他破壞。

3 試驗結果與分析

通過整理分析現(xiàn)場試驗所測得的各應力應變測點、撓度測點測試數(shù)據(jù)，可得到各工況下結構應變、撓度變化情況。在最不利荷載效應下，梁體整體結構實測應變性能與理論應變性能對比見圖2；梁體整體結構實測撓度數(shù)據(jù)與理論值對比見圖3。

圖2 最不利應變梁體測試結果對比圖

圖3 連續(xù)梁撓度測試結果對比圖

（1）由圖3 可知：1）試驗橋跨結構應變理論值、實測值變化趨勢基本吻合；2）在不同受力工況下，各測點應變隨加載增加而增大，基本呈線性發(fā)展；3）工況1 為結構最不利受力狀態(tài)，此時1#梁3-4 號測點處出現(xiàn)最大應變，實測值為148 με，理論值應變值為187 με。

（2）由圖4 可知：1）試驗橋跨結構撓度變化理論值、實測值變化趨勢基本吻合；2）在不同受力工況下，各測點撓度變化隨荷載增加而增大，基本呈線性發(fā)展。

（3）綜合圖3、4 及以上分析可知：1）橋梁邊跨受偏載工況為最不利受力狀態(tài)，邊跨跨中在偏載作用下，結構應變校驗系數(shù)、撓度校驗系數(shù)分別為0.780、0.739，均小于1，表明結構受力特性良好，承載力符合設計要求；2）結構殘余應變與加載應變之比最大值為0.139，殘余撓度與加載撓度之比最大值為0.111，均小于0.2，表明結構在試驗加載工況下未發(fā)生明顯破壞，回彈性能良好。

4 結論

該文依托具體工程，運用現(xiàn)場試驗和有限元分析的方法，研究了預應力混凝土現(xiàn)澆彎橋受力特性，結論如下：

（1）在不同加載作用下，測點處實測應變、撓度均隨加載增加而線性增加，且結構應變、撓度理論值、實測值變化趨勢基本一致，表明理論分析結果較為可靠，可為結構受力狀態(tài)評價提供依據(jù)。

（2）試驗橋跨最不利受力狀態(tài)為邊跨跨中偏載作用工況，此時最大應變出現(xiàn)在1#梁3-4 號測點處，實測值為148 με；最大撓度出現(xiàn)在橋梁1/2 跨中位置，實測值為11.648 mm，應變校驗系數(shù)、撓度校驗系數(shù)分別為0.780、0.739，均小于0.8，表明橋梁結構受力特性、安全性能良好。

（3）試驗橋跨在最不利工況下，結構殘余應變與加載應變之比、殘余撓度與加載撓度之比最大值均小于0.2，表明橋梁在此工況下結構仍為彈性受力狀態(tài)，結構回彈性能良好。