4×40m预应力混凝土连续梁桥荷载实验及分析

关键词：预应力 混凝土 连续梁桥 荷载实验

　　一、桥梁概况

　　国内沿海某高速公路40m预应力混凝土连续梁桥，跨径组成为三联4x40m，桥梁全长495.43m，设计荷载：汽车-超20级，挂车-120。上部结构为单箱单室等截面预应力混凝土连续箱梁，梁高2.4m，顶板宽12.0m，底板宽5.8m，腹板为斜腹板。下部为柱式桥墩，桩基础，0号台为肋式桥台、扩大基础，12号台为组合式桥台、桩基础。

　　

　　图1 桥梁概貌

　　二、荷载试验的性质和目的

　　1、对大桥进行全面科学的检测，对结构的强度、刚度、稳定性和耐久性评估提供基础资料；

　　2、通过荷载试验，检验该桥是否有足够承受设计荷载的能力；

　　3、了解结构体系在试验荷载作用下的实际工作状态，为科学地评价结构在使用阶段的工作状况提供强度、刚度和变形等方面的资料，为下一阶段的加固设计提供依据。

　　三、测试项目

　　1、主梁控制截面的应力观测（应变测点如下图所示）；

　　

　　图2 箱梁截面应变片粘贴位置示意

　　

　　图3 试验现场应变片粘贴位置示意

　　2、主梁控制截面的挠度观测（挠度测点如下图所示）；

　　

　　注：箱梁内侧外侧均布置挠度测点，D0为基准点。

　　图4 挠度测点布置示意

　　3、主梁控制截面的裂缝观测（裂缝观测截面位置如下图所示）。

　　

　　图5 裂缝观测截面示意

　　四、试验荷载工况

　　1、边跨最大正弯矩工况：

　　对边跨跨中加载，测试主梁在试验荷载作用下的应力及挠度；

　　2、边跨最大负弯矩工况：

　　对边跨和相邻中跨跨中加载，测试主梁在试验荷载作用下的应力及挠度；

　　3、中跨最大正弯矩工况：

　　对中跨跨中加载，测试主梁在试验荷载作用下的应力及挠度；

　　4、中跨最大负弯矩工况：

　　对两中跨跨中加载，测试主梁在试验荷载作用下的应力及挠度；

　　五、加载车辆

　　由于试验所用的车辆规格可能与设计标准车辆不一样，故根据专用桥梁分析软件计算控制截面的内力影响线，换算为等代的试验车辆荷载（车队）。静载试验施加的试验荷载由车辆荷载组成，即采用满足载重量要求的汽车进行加载。试验车装载后，要经地磅称重，称重指标有：前轴实际重量、后轴实际重量、满载后总重量。

　　本次荷载试验加载车队拟采用同一型号，单车重量控制在30t～32t左右的汽车，这相当于汽车—20级荷载车队的重车重量，其后轴重与汽车—20级车队的重车后轴重相当。

　　

　　图6 荷载试验加载车辆

　　六、荷载试验结论

　　1、试验结果分析

　　边跨跨中最大正弯矩工况：跨中梁底截面应力校验系数0.97，挠度校验系数1.07。应力测点、挠度测点测试结果较好地符合荷载分布规律和桥梁实际情况。应力和挠度校验系数均大于1，其中挠度校验系数大于1.05；

　　边跨支点最大负弯矩工况：边跨跨中挠度校验系数1.12。应力测点、挠度测点测试结果较好地符合荷载分布规律和桥梁实际情况。由于支点附近受力复杂应力校验系数失真，挠度校验系数大于1.05；

　　中跨跨中最大正弯矩工况：跨中梁底截面应力校验系数1.12，挠度校验系数1.09。应力测点、挠度测点测试结果较好地符合荷载分布规律和桥梁实际情况；应力和挠度校验系数均大于1.05；

　　中跨支点最大负弯矩工况：支点处梁底截面应力校验系数0.92，中跨跨中挠度校验系数1.10。应力测点、挠度测点测试结果较好地符合荷载分布规律和桥梁实际情况。应力校验系数小于1，挠度校验系数大于1.05；

　　测点残余应变和残余挠度数据失真，分析原因为卸载时间较短和连续梁结构车辆卸载过程中可能出现对测量截面的反方向加载，以及右幅通行车辆对左幅桥梁的振动干扰。

　　2、桥梁荷载试验结论

　　本次试验各工况荷载效率为0.8～0.9，满足交通部颁发的《大跨径混凝土桥梁的试验方法》及现行“桥规”有关规定的要求，其试验结果可用于评价结构的工作性能。

　　本桥在试验荷载作用下边跨跨中截面应力校验系数0.97，挠度校验系数1.07～1.12，中跨跨中截面应力校验系数1.12，挠度校验系数1.09～1.10，中跨支点截面应力校验系数0.92。

　　预应力混凝土桥梁的结构校验系数一般为0.7～0.9，但不得超过1.05。本桥结构应力校验系数较高，桥梁实际应力状态偏离理论设计，虽处于弹性工作状态，但已经没有强度储备。桥梁挠度校验系数也较高，桥梁实际刚度小于理论设计刚度，虽处于规范允许下挠范围，但存在安全隐患。建议尽快采用粘贴钢板、粘贴碳纤维布、增加预应力束或增大截面尺寸等方式对本桥进行加固处理，以改善受力状态满足现行交通量的发展要求。