曾 勇，孫旭東，肖光烈，魏 星，范和平，羅小清

(1.重慶交通大學(xué) 山區(qū)橋梁及隧道工程國家重點實驗室，重慶 400074；2.重慶交通大學(xué) 山區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)與材料教育部工程研究中心，重慶 400074；3.重慶市永川區(qū)公路服務(wù)中心，重慶 400074；4.中交第二航務(wù)工程局有限公司，重慶 400074；5.忠縣暢達建設(shè)投資有限公司，重慶 404100)

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，我國基礎(chǔ)建設(shè)已經(jīng)超越世界很多國家，人們也更加重視對橋梁結(jié)構(gòu)承載能力的評估，橋梁靜載試驗以其有效合理、可靠準確的優(yōu)勢被業(yè)內(nèi)普遍運用[1]。

彎箱梁橋較直線橋梁更能適應(yīng)地形地貌的變化，在目前的工程項目中運用得比較廣泛。彎箱梁橋同時發(fā)生豎向彎曲和扭轉(zhuǎn)撓曲變形，彎扭耦合[2]作用下，其變形值一般比直線大。彎箱梁橋較直橋來說受力更為復(fù)雜，在荷載作用下可能會有扭轉(zhuǎn)、彎曲、翹曲及畸變等多種變形狀態(tài)產(chǎn)生[3]。單箱雙室彎箱梁橋相對于單箱單室彎箱梁橋，各腹板均勻分擔剪力滯[4]，有效降低了剪力滯系數(shù)的峰值。然而，這類橋梁存在嚴重的梁外側(cè)反力增大、內(nèi)側(cè)反力減小的問題，內(nèi)梁中很可能會有負反力產(chǎn)生。為了確保橋通車后運營期間的穩(wěn)定性，可以選擇在通車前進行靜載試驗研究。

在某單箱雙室連續(xù)彎箱梁橋上進行靜載試驗，驗證其剛度和強度，對類似工程問題具有參考價值，為其提供實踐經(jīng)驗。

1 工程概況

某全長83 m的單箱雙室預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)彎箱梁橋，其橫向斷面分布如圖1所示。橋縱坡為0.6%的上坡，橋梁平面位于直線、緩和曲線(半徑50 m，左偏)和圓曲線(半徑50 m，左偏)上，橋面橫坡直線段按雙向2%坡，曲線段根據(jù)曲線超高設(shè)置。下部結(jié)構(gòu)利用鉆孔樁基礎(chǔ)和雙柱墩相結(jié)合，0號和3號橋臺則利用重力式U型橋臺與承臺樁基礎(chǔ)相結(jié)合，橋立面布置如圖2所示。人群荷載大小和汽車荷載等級分別是3.0 kN/m2和公路-I級。

圖1 斷面橫向分布圖

圖2 橋梁立面布置圖

2 靜力荷載試驗

2.1 測試方法

1)布置7個測試撓度的截面，測量撓度的工具是精密水準儀(分辨率為±0.01 mm)。

2)布置3個應(yīng)力(應(yīng)變)測試截面，在截面指定位置布置應(yīng)變片，利用靜態(tài)應(yīng)變儀(分辨率為±1×10-6)測量得到應(yīng)變值，根據(jù)材料彈性模量、應(yīng)變與應(yīng)力的關(guān)系換算得到應(yīng)力值[5]。

3)裂縫觀測利用裂縫觀測儀(分辨率為± 0.02 mm)。

2.2 理論分析

根據(jù)竣工圖尺寸和計算參數(shù)，利用MIDAS/Civil軟件，構(gòu)建橋梁模型并計算分析[6-7]，材料強度按照規(guī)范標準取用。計算時，用梁單元模擬主梁，計算控制斷面內(nèi)力和位移。有限元分析模型如圖3所示。

圖3 有限元分析模型

2.3 布置測點

2.3.1 靜力撓度測試點

沿橋梁縱向軸線方向布置7個撓度測試截面(F2～F4、F6～F8、F10)，在各個截面兩側(cè)欄桿附近設(shè)置測試點，撓度測點的平面布置如圖4所示。

圖4 彎橋撓度測點平面分布圖

2.3.2 靜力應(yīng)變測試點

布置J1、J2、J3這3個應(yīng)變(應(yīng)力)測試截面[8]如圖5所示，F(xiàn)7中跨跨中截面是J1截面、第二跨和第三跨間的墩頂朝第三跨方向偏50 cm處是J2截面，考慮到彎橋梁截面設(shè)有超高且曲線段外側(cè)弧線較長，取曲線段邊跨最大正彎矩截面為J3。應(yīng)變測試點主要分布在箱梁下表面和翼緣板的下表面如圖6所示。

圖5 J1、J2、J3截面分布圖

(a)J1截面應(yīng)變片編號及貼片位置

2.4 測試工況

按依托橋梁工程的實際受力和各截面變形特征，擬定不同試驗工況如表1所示。

表1 靜載試驗工況

2.5 荷載布置

在結(jié)構(gòu)分析之后，利用荷載等效的計算結(jié)果明確加載車的型號、數(shù)量和位置。各工況主橋加載車位置如圖7～圖12所示。試驗現(xiàn)場如圖13所示。

圖7 工況1加載車分布圖

圖8 工況2加載車分布圖

圖9 工況3加載車分布圖

圖10 工況4加載車分布圖

圖11 工況5加載車分布圖

圖12 工況6加載車分布圖

圖13 現(xiàn)場試驗圖

2.6 試驗荷載效率

本試驗的荷載為載重汽車，車輛數(shù)量的確定由公式[9]等效換算而得。初步得到的各截面內(nèi)力值和荷載效率如表2所示。

表2 荷載效率計算結(jié)果

(1)

其中：η是測試截面各個工況的荷載效率；Sstate是該橋在加載情況的計算效應(yīng)值；S是J1、J2、J3截面的最不利荷載作用下的計算效應(yīng)值；μ是根據(jù)規(guī)范取得的沖擊系數(shù)。

3 試驗結(jié)果

3.1 撓度測試結(jié)果

在靜載作用下，不同工況的上下游實測撓度值與計算撓度值的對比如圖14～圖19所示。

由圖14～圖19可以看出，實測數(shù)據(jù)繪制曲線的變化趨勢與計算值的曲線變化趨勢基本一致，測點處計算值的絕對值均大于或等于實際測量值的絕對值，表明整個橋跨結(jié)構(gòu)的豎向撓度變形處于正常區(qū)間。

(a)上游 (b)下游

(a)上游 (b)下游

(a)上游 (b)下游

(a)上游 (b)下游

(a)上游 (b)下游

(a)上游 (b)下游

3.2 應(yīng)力測試結(jié)果

6種工況下實測應(yīng)變和計算應(yīng)變比較如表3所示(應(yīng)力為正時表示該測點處受拉，為負時表示該測點處受壓)。

表3 各工況應(yīng)變實際測量值與計算值的比較

在各加載工況下，翼緣板上的應(yīng)變實測顯示數(shù)據(jù)都不大，J1、J2、J3截面底板的應(yīng)力實測值變化規(guī)律基本與計算值的變化規(guī)律相符，對應(yīng)的校驗系數(shù)和殘余變形也在正常范圍之內(nèi)。

3.3 裂縫測試結(jié)果

正式加載前后，J1、J2、J3截面附近的裂紋檢測結(jié)果顯示：未見明顯裂縫。

4 結(jié) 語

本文從某單箱雙室預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)彎箱梁橋著手，比較剖析靜載試驗的數(shù)據(jù)和Midas/civil軟件的計算數(shù)據(jù)后得出結(jié)論：

(1)在3種加載工況下，J1、J2、J3截面計算值的絕對值均大于等于實測撓度的絕對值，撓度校驗系數(shù)在合理區(qū)間內(nèi)。第三跨實測撓度的最大增量為4.54 mm，約等于該橋第二跨跨徑的1/5 507。在3種卸載工況下，各控制點的實測相對殘余變形的最大絕對值為18.5%，低于指定限值。橋跨結(jié)構(gòu)撓曲線走勢光滑連續(xù)，與理論計算曲線一致性較好，說明該橋彈性工作狀況良好，整體結(jié)構(gòu)剛度合乎設(shè)計要求。

(2)在各種工況下，各測試截面實測應(yīng)力處于正常范圍內(nèi)，對應(yīng)的校驗系數(shù)在合理區(qū)間內(nèi)，相對殘余應(yīng)變的最大絕對值是19.4%，也低于規(guī)定限值，說明整體結(jié)構(gòu)強度也合乎設(shè)計要求。

(3)加載前后，J1、J2、J3截面四周的裂縫觀測結(jié)果顯示，未見明顯裂縫。

綜上所述,當該類型橋梁受力情況正常的時候，橋梁的結(jié)構(gòu)剛度和強度均合乎要求。