章繼樹

（中鐵四院集團南寧勘察設計院有限公司，高級工程師，廣西 南寧 530003）

漢亭中橋是廣西華銀鋁業(yè)有限公司鐵路專用線上的一座鐵路橋，橋位于山間谷地，地勢平坦開闊，采用3-20 m簡支T梁跨越馬隘河，橋墩采用圓形橋墩，橋臺采用T形橋臺，基礎采用明挖擴大基礎。鐵路專用線按工業(yè)企業(yè)Ⅱ級標準設計，設計速度55 km/h，橋梁設計荷載為中-活載。該橋簡支T梁采用在橋位處現(xiàn)場預制，汽車吊吊裝就位的方法施工。由于T梁預制不是在工廠或制梁場內制造，同時在該橋T梁預應力管道壓漿過程中發(fā)現(xiàn)有漿液從梁體滲出等問題，為了正確評估該橋的工程質量，掌握該橋成橋后的力學性能及承載能力狀況，為該橋運營階段的管養(yǎng)維護提供科學依據(jù)，決定在橋梁架設完成后對該橋進行靜載試驗。通過分步加載對橋梁進行承載能力和使用狀態(tài)檢測，并經數(shù)據(jù)分析判斷橋梁能否達到設計荷載標準要求和滿足鐵路正常運營的需要。

1 靜載試驗

1.1 試驗內容試驗內容包括在靜荷載作用下測試橋梁各控制部位的應力；在靜荷載作用下測試橋梁各控制部位的豎向位移（撓度）值；在靜荷載作用下觀察梁體有無裂縫。

1.2 試驗方法根據(jù)現(xiàn)場實際情況，試驗采用汽車等效荷載加載方法。通過對測試部位測試內容進行影響線計算，確定載重汽車布置位置和鋼筋放置位置，使之與橋梁設計荷載中-活載考慮列車豎向動力作用后等效〔1〕。

1.3 測試設備測試設備采用多功能數(shù)據(jù)采集儀（TDS-602日本TML）、智能信號采集分析處理儀（IAV306U北京東方所）、位移傳感器（CDP-25日本TML）等。

1.4 試驗跨及部位選擇該橋上部結構采用20 m裝配式預應力混凝土簡支T梁，根據(jù)簡支橋梁的結構特點，按照結構最不利原則，本荷載試驗選擇第2跨橋梁支座截面和跨中截面進行測試。

1.5 測點布置根據(jù)結構受力特點，本試驗對橋梁跨中進行縱向應力和豎向撓度測試，對支座截面測試支座位移和45°方向應力。

應力測點布置：在被測試T梁跨中截面布置縱向應力測點，測試橋梁跨中縱向拉應力；在德保端支座截面布置45°應力測點，測試支座45°拉應力。

撓度測點布置：在被測試T梁的跨中截面梁底布置撓度測點。

1.6 加載方案

1.6.1 最不利荷載及試驗加載荷載的計算 根據(jù)橋梁實際情況，本試驗采用等效應力荷載進行加載。試驗前先根據(jù)工程所在地情況，采用鋼筋混凝土軌枕、道砟、鋼筋和600 kN加載車進行加載（對每輛加載車的軸重需嚴格稱重，軸距標準需核實）。根據(jù)跨中截面彎矩影響線，計算橋梁設計荷載及試驗荷載作用下的主梁內力，得出M試驗和M設計。加載效率η=M試驗/M設計，按《大跨徑混凝土橋梁試驗方法》〔2〕調整確定試驗荷載布載方式，使η=0.8～1.05。

由于僅采用重載汽車作為試驗荷載無法滿足與中-活載等效的試驗要求，在試驗過程中擬先在橋梁上鋪設道砟至道砟槽頂面，再輔以軌枕和成捆鋼筋進行試驗加載。共用鋼筋混凝土軌枕25根，重87.5 kN；Φ 32螺紋鋼筋4捆，重106 kN；Φ28螺紋鋼筋10捆，重289.8 kN。重載汽車2臺，分別是1號車（桂L32780），其前中后軸重分別為113.2 kN、255.1 kN、255.1 kN，前中后軸距為3.85 m、1.35 m；2號車（桂L25254），其前中后軸重分別為111.2 kN、246.8 kN、246.8 kN，前中后軸距為3.85 m、1.35 m。

1.6.2 靜載加載程序 靜載試驗加載為分級加載，每加一級荷載需監(jiān)測其應變及位移，并作好記錄，以保證加載安全。

試驗工況為正載工況，首先鋪設的梁頂?shù)理陌磩虿己奢d考慮，隨后逐級布設鋼筋混凝土軌枕、鋼筋和2輛雙后軸加載車，至加載效率η=0.93，測試跨中截面梁底應力和撓度值以及支座截面剪應力和位移值。分步加載如下：

Ⅰ.加22根鋼筋混凝土軌枕，共重77 kN，沿橋梁兩側均勻布設。

Ⅱ.加3根鋼筋混凝土軌枕，重10.5 kN；14捆鋼筋，重395.8 kN。共重406.3 kN。集中布設于橋梁跨中2.5 m范圍。

Ⅲ.在德保端上1號車，后軸距試驗梁跨跨中2.5 m。

Ⅳ.在廠區(qū)端上2號車，后軸距試驗梁跨跨中2.69 m。

以上試驗荷載橫橋向均居中布置。1.6.3 靜載試驗終止加載的控制條件

1）控制測點應力值已達到或超過用彈性理論或按規(guī)范安全條件計算的控制應力值時。

2）控制測點的變位（或撓度）超過規(guī)范允許值時。

3）由于加載，使結構裂縫的長度、寬度急劇增加，新裂縫大量出現(xiàn)，縫寬超過允許值的裂縫大量增多，對結構使用壽命造成較大的影響時。荷載試驗現(xiàn)場的正面見圖1、側面見圖2所示。

圖1 試驗現(xiàn)場正面

圖2 試驗現(xiàn)場側面

2 荷載試驗理論計算

根據(jù)施工設計圖，利用通用有限元分析軟件建立ABAQUS三維空間模型，模型的節(jié)點數(shù)為879 16，單元數(shù)為691 14。理論計算模型見圖3、橋梁模型荷載加載見圖4所示。計算模型中，X軸為橫橋向，Y軸為豎向，Z軸為縱橋向，邊界條件為在支座處施加支撐約束，固定支座為X、Y、Z三向支撐，活動支座為X、Y二向支撐。

圖3理論計算模型

圖4橋梁模型加載圖

3 試驗測試與成果分析

梁體混凝土采用C 40，混凝土彈性模量為E=3.40×104MPa；錨穴采用C 35無收縮性混凝土填塞；橫隔板聯(lián)結處細石混凝土標號同梁體；縱向預應力鋼筋采用1×7標準型公稱直徑為15.2 mm、強度級別為1 860 MPa的低松弛鋼絞線，彈性模量為195 Gpa；橫向預應力鋼筋采用精軋螺紋鋼，彈性模量為200 GPa；普通鋼筋采用Q 235鋼筋及HRB 335級鋼筋〔3〕。荷載試驗按1.6.2中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ試驗荷載方式分步加載，分別記錄下各測點的應變及位移監(jiān)測值，同之前采用大型通用有限元分析軟件ABAQUS相應工況下計算出的各測點應變及位移的理論值進行分析比較。

3.1 荷載試驗應力測試荷載測試的加載過程，包括預加載、加載卸載、加卸載時間間隔等都嚴格按試驗規(guī)程進行，并逐級加載。在加載過程中觀測測點的應變及位移變化及卸載后的綜合回彈狀況，待變形穩(wěn)定后測讀相關應變及豎向位移〔4〕。在加載過程中，各測點應力測試值和計算值見表1和表2（僅列出上游側T梁）；每級荷載加載的縱向應力沿梁高的應力分布見圖5，拉應力為正，壓應力為負。

表1 面應力（應變）測試成果表 單位：MPa

表2 支座截面45°應力（應變）測試成果表 單位：MPa

圖5 上游T梁縱向應力沿梁高布置圖

結果對比分析表明：

1）在各試驗荷載分步作用下，各測試截面應力分布（大小及正負）與有限元計算結果基本一致，測試值小于計算值。

2）試驗荷載作用下跨中截面梁底測點最大應力值為3.60 Mpa，相應的計算最大值為3.95 Mpa，測試值小于計算值，其他測點應力測試值分布規(guī)律與有限元計算結果基本一致。

3）試驗荷載作用下支座截面45°應力測點最大應力值為1.29 Mpa，相應的計算最大值為1.38 Mpa，測試值小于計算值，其他測點應力測試值分布規(guī)律與有限元計算結果基本一致。

4）跨中截面順橋向應力沿梁高變化規(guī)律較好，基本符合平截面假定。

5）支座截面45°應力沿梁高變化規(guī)律較好，除部分位置受預應力筋作用影響外，基本符合支座截面45°的應力分布規(guī)律。

6）由于橋梁為預應力結構，跨中梁底恒載（自重加預應力作用）壓應力值大于10 Mpa，因而，疊加試驗荷載后，跨中梁底仍處于受壓狀態(tài)，壓應力值小于C40混凝土允許應力值。卸載后，各應變測點的殘余變形小于3 mm，證明橋梁具有良好的恢復能力，結構在彈性變形范圍內。

3.2 荷載試驗撓度測試在試驗荷載作用下，位移（撓度）測試與應變測試同步進行。橋梁支座截面和跨中截面的位移試驗結果見表3。表中各測點豎向位移向上為負、向下為正。

表3 位移測試成果表 單位：mm

從位移測試成果表中可看出，各工況下各測點豎向位移實測值分布合理。測得T梁最大豎向位移fmax=4.92 mm，理論計算值fmax=5.02 mm，實測值小于相應的理論計算值。同時，實測值與理論計算值均小于《鐵路橋涵設計基本規(guī)范》規(guī)定的簡支T梁容許撓度值fmax=30 mm。

卸載后測試殘余豎向位移值，各測點均小于0.05 mm，與應力測試一樣，同樣說明橋梁具有良好的恢復能力，橋梁在設計荷載作用下處于彈性工作狀態(tài)。

4 結束語

通過靜載試驗得出以下結論：

1）從應力測試分析結果可知，橋梁控制截面各測點在最不利荷載工況作用下，跨中截面梁底應力值小于混凝土允許應力值，滿足強度要求。

2）在最不利荷載下，跨中截面實測最大撓度值遠小于《鐵路橋涵設計基本規(guī)范》規(guī)定的允許設計值L/800，說明該橋的剛度滿足設計荷載要求。

3）試驗過程未見梁體出現(xiàn)裂縫。

目前，該橋已順利建成，并于2011年7月通過竣工驗收，2011年10月通車運營至今狀態(tài)良好。同時，由于鐵路橋梁荷載試驗多在橋梁工廠或預制場進行，成橋后現(xiàn)場荷載試驗未見報道，故該橋采用的現(xiàn)場荷載試驗方法能為今后鐵路橋梁現(xiàn)場荷載試驗提供借鑒作用。

〔1〕鐵道部.TB 10002.1-2005/J 460-2005鐵路橋涵設計基本規(guī)范〔S〕.北京：中國鐵道出版社，2005

〔2〕交通部公路科學研究所，交通部公路局技術處，交通部公路規(guī)劃設計院.大跨徑混凝土橋梁的試驗方法〔R〕.在柏林舉行的專題第五次專家會議通過，1982

〔3〕鐵道部.TB 10002.3-2005/J 462-2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規(guī)范〔S〕.北京：中國鐵道出版社，2005

〔4〕建設部.GB50152-92混凝土結構試驗方法標準〔S〕.北京：建設部標準定額研究所，1992.