預應力混凝土箱梁靜載試驗與分析研究

劉 璨

(山西路橋第二工程有限公司,山西 臨汾 041000)

1 橋梁概況

某橋全長109.16 m，上部結構為20+30.5+30.5+20 m預應力混凝土現(xiàn)澆箱梁，主梁采用C50混凝土，下部采用圓柱式墩、樁接蓋梁式橋臺、鉆孔灌注樁基礎。設計荷載為公路I級，橋面寬度為0.5 m(護欄)+11.5 m(行車道)+0.5 m(護欄)。預應力鋼束采用公稱直徑15.20 mm鋼絞線，抗拉強度標準值fpk=1 860 MPa。橋面鋪裝采用8 cm現(xiàn)澆混凝土+10 cm瀝青混凝土。

2 控制斷面內(nèi)力計算

對預應力混凝土現(xiàn)澆箱梁，根據(jù)計算得到的該橋在設計活荷載作用下的撓度、應變，并根據(jù)文獻[1]和文獻[2]的相關要求，最終確定該橋在活載作用下最不利截面(控制截面)的具體位置，作為本次試驗的測試截面。

(1)應力測試截面選擇主梁的最大正彎矩截面與墩頂處最大負彎矩處。

(2)有限元模型的建立

在Midas軟件中建立試驗梁模型，按照公路I級荷載標準，對該橋的受力狀態(tài)進行模擬分析計算[3-5]。

3 大橋靜載試驗研究

3.1 試驗斷面的選擇與試驗荷載效率

運用靜載試驗效率來評價靜載試驗可靠度[6][7]，計算試驗彎矩內(nèi)力值與設計值對比計算，確保該橋荷載效率滿足規(guī)范要求。6個荷載試驗工況及加載效率分析結果見表1。

3.2 試驗荷載的選擇

為了選擇合適的試驗荷載，全面測試加載效果。本次現(xiàn)場試驗采用6輛35 t的重型車開展現(xiàn)場荷載試驗，各加載車型布置見表2。

表1 主要測試工況及測試內(nèi)容一覽表

表2 加載車輛軸重匯總

3.3 試驗測點布置

本次測試布置撓度及支座豎向變形測點共計30個；應變布置21個測點。

3.4 荷載試驗結果

撓度測試結果，在試驗荷載作用下各測點變形扣除支點變形值后梁板撓度實測值與計算值的比較結果，見圖1～圖4。

圖1 第1跨0.4 L中載撓度實測值與計算值比較圖

截面1在工況1作用下，撓度計算值為2.58 mm，測試值最大編號為N7為1.25 mm，測試值最小編號為N10為1.14 mm，校驗系數(shù)最大為0.48，平均值為0.46。

圖2 第1跨0.4 L偏載撓度實測值與計算值比較圖

截面2在工況2作用下，撓度計算值最大為2.84 mm，測試值最大編號為N7為1.16 mm，測試值最小編號為N10為0.84 mm，校驗系數(shù)最大為0.45，平均值為0.39。

圖3 第2跨0.5 L中載撓度實測值與計算值比較圖

截面2在工況3作用下，撓度計算值為6.32 mm，測試值最大編號為N22為2.92 mm，測試值最小編號為N25為2.53 mm，校驗系數(shù)最大為0.46，平均值為0.43。

圖4 第2跨0.5 L偏載撓度實測值與計算值比較圖

截面2在工況4作用下，撓度計算值最大為6.95 mm，測試值最大編號為N22為2.92 mm，測試值最小編號為N25為2.53 mm，校驗系數(shù)最大為0.46，平均值為0.43。

通過撓度實測數(shù)據(jù)與計算數(shù)據(jù)作圖表分析，各控制測點與理論計算數(shù)據(jù)在控制范圍內(nèi)，試驗荷載作用下，橋梁各測點基本呈線性變化，與理論值變化趨勢基本吻合，撓度荷載試驗方案滿足規(guī)范要求。

應變測試結果，試驗荷載作用下各梁應變的實測值與計算值的比較結果見圖5～圖10。

圖5 第1跨0.4 L中載應變實測值與計算值比較圖

截面1在工況1作用下，應變計算值最大為57 με，最小值為-41 με。測試值最大編號為Y4為28 με，測試值最小編號為Y1為-16 με，校驗系數(shù)最大為0.49，平均值為0.42。

圖6 第1跨0.4 L偏載應變實測值與計算值比較圖

截面1在工況2作用下，應變計算值最大為63 με，最小值為-47 με。測試值最大編號為Y2為31 με，測試值最小編號為Y1為-14 με，校驗系數(shù)最大為0.52，平均值為0.45。

圖7 第2跨0.5 L中載應變實測值與計算值比較圖

截面2在工況3作用下，應變計算值最大為72 με，最小值為-52 με。測試值最大編號為Y10為38 με，測試值最小編號為Y14為-30 με， 校驗系數(shù)最大為0.58，平均值為0.48。

圖8 第2跨0.5 L偏載應變實測值與計算值比較圖

截面2在工況4作用下，應變計算值最大為79 με，最小值為-60 με。測試值最大編號為Y9為41 με，測試值最小編號為Y8為-32 με，校驗系數(shù)最大為0.54，平均值為0.50。

截面3在工況5作用下，應變計算值最大為30 με， 最小值為-42 με。測試值最大編號為Y21為16 με，測試值最小編號為Y16為-18 με，校驗系數(shù)最大為0.53，平均值為0.43。

表3

圖9 1#墩中載應變實測值與計算值比較圖

截面3在工況6作用下，應變計算值最大為35 με，最小值為-46 με。測試值最大編號為Y15為16 με，測試值最小編號為Y16為-23 με，校驗系數(shù)最大為0.59，平均值為0.46。

圖10 1#墩偏載應變實測值與計算值比較圖

通過應變實測數(shù)據(jù)與計算數(shù)據(jù)作圖表分析，各控制測點與理論計算數(shù)據(jù)在控制范圍內(nèi)，試驗荷載作用下，橋梁各測點基本呈線性變化，與理論值變化趨勢基本吻合，應變荷載試驗方案滿足規(guī)范要求。

(3)裂縫觀測結果

荷載試驗前后檢查梁板未發(fā)現(xiàn)裂縫存在。

4 結 論

(1)主梁在各工況試驗荷載作用下，撓度校驗系數(shù)均值在0.39～0.46之間，表明主梁剛度滿足要求。

(2)主梁在各工況試驗荷載作用下，應變校驗系數(shù)均值在0.42～0.50之間，表明主梁強度滿足要求。

(3)各工況相對殘值小于規(guī)范規(guī)定的0.20，表明試驗荷載作用下結構處于彈性受力階段。

(4)在試驗荷載作用下未發(fā)現(xiàn)主梁存在裂縫，試驗過程中主梁未發(fā)生異常變形。