王陽(yáng)春

（1.山東高速工程檢測(cè)有限公司，山東 濟(jì)南 250002；2.橋梁結(jié)構(gòu)大數(shù)據(jù)與性能診治提升重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250002）

1 工程概況

某高速公路預(yù)應(yīng)力小箱梁跨徑30 m，雙向四車(chē)道，設(shè)計(jì)行車(chē)速度為110 km/h；橋梁寬度為2×12.75 m，荷載等級(jí)為公路Ι級(jí)。混凝土標(biāo)號(hào)C50，預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，單根鋼絞線公稱直徑15.2 mm，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1 860 MPa，彈性模量Ep=1.95×105MPa，松弛系數(shù)ζ=0.3。30 m中箱梁截面尺寸及鋼束布置見(jiàn)圖1、圖2。

圖 1 鋼束立面布置（mm）

圖 2 跨中橫斷面（mm）

2 小箱梁腹板裂縫外觀形式

選取10片小箱梁進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)箱梁主要存在病害為腹板縱向裂縫。對(duì)腹板上每條裂縫起點(diǎn)與終點(diǎn)進(jìn)行定位，測(cè)量每條裂縫寬度以及混凝土保護(hù)層厚度。

通過(guò)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)梁腹板共存在34條縱向裂縫，裂縫寬度分布見(jiàn)圖3。其中大部分裂縫位于梁體0～L/4范圍內(nèi)，均延預(yù)應(yīng)力波紋管方向分布，裂縫長(zhǎng)度介于70～350 cm之間，縫寬≤0.1 mm的有19條，縫寬介于0.1～0.2 mm的有13條，縫寬超出規(guī)范限值的有2條，分別是：K25+938左幅9-4#梁一條縱向裂縫，縫長(zhǎng)286 cm，縫寬0.22 mm、右幅6-2#梁一條縱向裂縫，縫長(zhǎng)290 cm，縫寬0.3 mm。對(duì)其中部分縫寬較寬裂縫以及超限裂縫進(jìn)行裂縫深度檢測(cè)，縫深介于21～57 mm之間，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)超限裂縫，縫深大于保護(hù)層實(shí)測(cè)值，其余裂縫均未超過(guò)保護(hù)層實(shí)測(cè)值。

縱向裂縫的分布規(guī)律以及開(kāi)裂的擴(kuò)展方向主要特點(diǎn)：在小箱梁各種因素作用下，縱向裂縫主要在0～L/4跨之間，裂縫呈水平斜向上的走勢(shì)，基本與預(yù)應(yīng)力管道的走勢(shì)一致，腹板縱向裂縫連續(xù)，裂縫寬度的最大位置基本出現(xiàn)在裂縫中間部分。

對(duì)部分較寬裂縫進(jìn)行深度檢測(cè)，并將裂縫分布位置結(jié)合預(yù)應(yīng)力管道走向繪制成圖，存在超限裂縫及部分縫寬較寬的箱梁裂縫走向見(jiàn)圖4。

圖 3 裂縫寬度分布（mm）

圖 4 裂縫走向分布

3 小箱梁?jiǎn)瘟红o載試驗(yàn)分析

3.1 靜載試驗(yàn)方案

3.1.1 測(cè)試截面及測(cè)點(diǎn)布置

（1）測(cè)試截面的選擇

采用Midas Civil軟件進(jìn)行有限元分析計(jì)算，在設(shè)計(jì)活載及二期恒載的作用下，小箱梁的最大彎矩和最大撓度均發(fā)生在跨中L/2處，將跨中截面作為控制截面進(jìn)行測(cè)試，滿足工程需求，試驗(yàn)荷載效率系數(shù)取值為邊梁0.99，中梁0.97。

（2）測(cè)點(diǎn)布置

選取試驗(yàn)梁跨中、L/4截面、3/4L截面及兩支點(diǎn)作為撓度測(cè)試截面，各布置2個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)，共布置10個(gè)位移測(cè)點(diǎn)，撓度測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖5；選取試驗(yàn)梁跨中截面作為應(yīng)力測(cè)試截面，分別在腹板上中下緣布置應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，共布置7個(gè)測(cè)點(diǎn)截面，應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖6。試驗(yàn)前和試驗(yàn)過(guò)程中及試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)梁結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)行測(cè)試，觀察整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中小箱梁梁體有無(wú)新增裂縫產(chǎn)生。

圖5 撓度測(cè)點(diǎn)布置

圖6 應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置

3.1.2 靜載試驗(yàn)方法

觀測(cè)內(nèi)容及方法：（1）支點(diǎn)、四分點(diǎn)、跨中撓度觀測(cè)，用百分表進(jìn)行觀測(cè)。（2）跨中應(yīng)力觀測(cè)，采用振弦式應(yīng)變計(jì)進(jìn)行測(cè)試，采用BGK-408數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。（3）裂縫觀測(cè)，采用裂縫測(cè)寬儀進(jìn)行觀測(cè)。（4）其他異常情況檢查，以目測(cè)的形式進(jìn)行。加載方式：在跨中6 m范圍內(nèi)采用配重塊進(jìn)行堆載加載，每個(gè)配重塊質(zhì)量為13 t，加載布置見(jiàn)圖7。

圖7 加載布置

3.2 靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

3.2.1 應(yīng)力測(cè)試結(jié)果分析

主梁應(yīng)力實(shí)測(cè)值及計(jì)算值見(jiàn)表1，沿梁高的應(yīng)變分布曲線見(jiàn)圖8～圖9。

表1 跨中截面靜載試驗(yàn)應(yīng)變測(cè)試結(jié)果

由表1可知：（1）中梁跨中截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)介于0.47～0.58之間，邊梁跨中截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)介于0.49～0.59之間；梁體各測(cè)點(diǎn)的撓度及應(yīng)變實(shí)測(cè)值均小于理論計(jì)算值，表明梁體強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。（2）各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余應(yīng)變均小于20%，說(shuō)明單片小箱梁處于彈性工作狀況。（3）由圖8、圖9可知，邊梁及中梁實(shí)測(cè)彈性應(yīng)變沿截面高度的線形關(guān)系良好，截面變形符合平截面假定，表明預(yù)制梁在試驗(yàn)荷載作用下呈彈性工作狀態(tài)。在滿載下根據(jù)回歸公式，可得中梁實(shí)測(cè)中性軸高度0.958 1 m，理論值為0.963 6 m，邊梁實(shí)測(cè)中性軸高度0.992 3 m，理論值為1.006 m，表明實(shí)測(cè)值與理論值比較吻合。

3.2.2 撓度測(cè)試結(jié)果分析

主梁撓度實(shí)測(cè)值及計(jì)算值見(jiàn)表2，可知：（1）中梁跨中截面撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.58，四分點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)分別為0.57、0.66；邊梁跨中截面撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.64，四分點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)分別為0.67、0.63；梁體各測(cè)點(diǎn)的撓度及應(yīng)變實(shí)測(cè)值均小于理論計(jì)算值，表明梁體剛度滿足設(shè)計(jì)要求。（2）各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余變形均小于20%，說(shuō)明單片小箱梁處于彈性工作狀況。（3）通過(guò)在箱梁跨徑4分點(diǎn)布置位移傳感器測(cè)量的撓度曲線，見(jiàn)圖10～圖11?？梢?jiàn)，隨著荷載的增加，箱梁撓度亦呈規(guī)律性的遞增變化，構(gòu)件撓度曲線光滑、無(wú)異常變化點(diǎn)，與簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)在此類(lèi)荷載作用下的變形基本規(guī)律相符。

圖8 滿載作用下中梁跨中梁高應(yīng)變關(guān)系曲線

圖9 滿載作用下邊梁跨中梁高應(yīng)變關(guān)系曲線

表2 跨中截面靜載試驗(yàn)撓度測(cè)試結(jié)果

圖10 滿載作用下中梁梁長(zhǎng)-撓度曲線

圖11 滿載作用下邊梁梁長(zhǎng)-撓度曲線

3.3.3 裂縫發(fā)展情況

試驗(yàn)加載后對(duì)梁體進(jìn)行全面、仔細(xì)地觀測(cè)，小箱梁梁體表面原有裂縫未發(fā)現(xiàn)明顯變化，加載過(guò)程中及加載結(jié)束后梁體各部位均無(wú)新增裂縫出現(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）中梁跨中截面撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.58，四分點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)分別為0.57、0.66；跨中截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)介于0.47～0.58之間；梁體各測(cè)點(diǎn)的撓度及應(yīng)變實(shí)測(cè)值均小于理論計(jì)算值，表明梁體強(qiáng)度及剛度滿足設(shè)計(jì)要求。（2）邊梁跨中截面撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.64，四分點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)分別為0.67、0.63；跨中截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)介于0.49～0.59之間；梁體各測(cè)點(diǎn)的撓度及應(yīng)變實(shí)測(cè)值均小于理論計(jì)算值，表明梁體強(qiáng)度及剛度滿足設(shè)計(jì)要求。（3）邊梁及中梁實(shí)測(cè)彈性應(yīng)變沿截面高度的線形關(guān)系良好，截面變形符合平截面假定，表明預(yù)制梁在試驗(yàn)荷載作用下呈彈性工作狀態(tài)。（4）各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余變形及應(yīng)變均小于20%，說(shuō)明單片小箱梁處于彈性工作狀況。（5） 試驗(yàn)過(guò)程中梁體原裂縫并未發(fā)展，無(wú)新增裂縫。通過(guò)對(duì)該試驗(yàn)梁?jiǎn)瘟红o載試驗(yàn)結(jié)果及試驗(yàn)現(xiàn)象的綜合分析，說(shuō)明試驗(yàn)梁的剛度、強(qiáng)度及抗裂性均滿足設(shè)計(jì)要求，承載能力滿足設(shè)計(jì)荷載要求。