周 賓

（同濟大學，上海市 200092）

0 引言

近年來由于我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，公路交通的通行量和單車荷載重量均呈快速增長趨勢，由于自然環(huán)境（大氣腐蝕、溫度和濕度變化）和使用環(huán)境（荷載作用與頻率的增加、材料與結(jié)構(gòu)的疲勞）的作用，加之我國目前公路橋梁中荷載等級較低的橋梁總數(shù)大且超載現(xiàn)象普遍存在，導(dǎo)致高速公路橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生各種病害并出現(xiàn)過早損壞的不正?，F(xiàn)象。因此，如何對這些既有橋梁進行綜合評定，在安全可靠的前提下，盡量挖掘橋梁結(jié)構(gòu)的潛力，充分發(fā)揮現(xiàn)有橋梁的使用價值，避免橋梁修理替換的高額費用和延長橋梁的使用壽命，大量節(jié)省國家開支，已成為迫在眉睫的事情[1-3]。本文對重載通行下的某省道預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)小箱梁橋進行了承載能力試驗研究，重點掌握此類在役橋梁在試驗荷載作用下的實際工作狀態(tài)，評價其實際承載能力和工作性能；同時通過研究該類橋的靜力行為，探討大橋的剛度、強度和整體性能，對今后同類型橋梁的設(shè)計、計算分析和安全評定可起到借鑒作用。

1 工程概況

研究對象為某省道改造利用的在役連續(xù)小箱梁橋，跨徑布置為（3×30）m+（4×30）m，單幅橋?qū)?1.50 m，結(jié)構(gòu)及橋面連續(xù)。上部結(jié)構(gòu)為裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，梁高1.6 m，橫向4 片布置，梁間中心間距為3.15 m，邊跨預(yù)制小箱梁底板布置38 束φs15.2 mm 的低松弛鋼絞線，中跨底板布置32 束φs15.2 mm 的低松弛鋼絞線，頂板布置30 束φs15.2 mm 的低松弛鋼絞線，混凝土采用C50。設(shè)計荷載：公路-I 級。全橋總體布置及橫斷面示意見圖1。

圖1 全橋總體布置及橫斷面示意圖（單位：cm）

2 靜載試驗

2.1 測點布置

根據(jù)該橋理論分析并結(jié)合橋梁現(xiàn)場情況，在全橋范圍內(nèi)選取S1～S6 共6 個控制部位（斷面），圖2 為主梁測試斷面及變形、應(yīng)力測點布置示意圖。同時，在S1、S6 斷面1# 小箱梁底面沿縱向50 cm 范圍內(nèi)布設(shè)千分表引伸儀觀測加載前后裂縫開展情況，在0# 臺～2# 墩、5# 墩～7# 臺1# 小箱梁頂部支座處布設(shè)測點觀測支座豎向變形，每個墩臺頂布設(shè)2 個測點。

圖2 主梁測試斷面及變形、應(yīng)力測點布置示意圖（單位：cm）

2.2 試驗荷載與工況

為使靜載試驗?zāi)艹浞址从辰Y(jié)構(gòu)的受力特點，加載效率宜介于0.95～1.05 之間[4]?，F(xiàn)場選用了6 輛單車滿載總重約350 kN 的載重車作加載車輛。實際試驗車輛的前后軸輪距為180 cm，前中軸軸距為400 cm，中后軸軸距為140 cm。具體各荷載工況可參見參考文獻[1]。表1 給出了靜載試驗各加載工況的主要結(jié)構(gòu)內(nèi)力的理論計算值以及相應(yīng)的荷載效率η。由表1可知，各試驗工況的荷載效率系數(shù)介于0.96～1.02之間。

表1 各控制部位試驗荷載效率系數(shù)

2.3 試驗變形結(jié)果與分析

整個加卸載全過程均未發(fā)現(xiàn)新增的可見裂縫，各工況下測點殘余應(yīng)變或變形均小于20%。第一聯(lián)（3×30 m）各控制斷面主梁撓度測點的試驗校驗系數(shù)在0.80～1.09 之間，第二聯(lián)（4×30 m）主梁撓度測點的校驗系數(shù)在0.49～0.80 之間。圖3 為相應(yīng)加載工況下S3、S4 撓度實測值與計算理論分析值對比結(jié)果。結(jié)果表明：第一聯(lián)（3×30 m）主梁部分測點實測撓度略大于理論計算值，表明主梁結(jié)構(gòu)剛度不滿足設(shè)計荷載的剛度。第二聯(lián)（3×30 m）主梁實測撓度均小于理論計算值。在橫向?qū)ΨQ加載情況下，主梁斷面撓度（或變位）分布均勻性較好；在橫向偏心荷載作用下，撓度的實測值與理論計算值相吻合。

圖3 相應(yīng)加載工況下S 3、S 4 撓度實測值與計算理論分析值對比結(jié)果

2.4 試驗應(yīng)力結(jié)果與分析

第一聯(lián)（3×30 m）各試驗控制斷面主要應(yīng)力測點的試驗校驗系數(shù)在0.20～1.72 之間，第二聯(lián)（4×30 m）除個別測點外，主要應(yīng)力測點的試驗校驗系數(shù)在0.21～0.97 之間。圖4 為相應(yīng)加載工況下S3、S4 應(yīng)力實測值與計算理論分析值對比結(jié)果。結(jié)果表明：第一聯(lián)（3×30 m）主梁主要測點實測應(yīng)力遠大于理論計算值，表明主梁結(jié)構(gòu)強度不滿足設(shè)計荷載的強度。第二聯(lián)（3×30 m）主梁實測應(yīng)力均小于理論計算值，對稱荷載下主梁斷面應(yīng)力分布較均勻。另一方面，主梁混凝土應(yīng)變沿梁高基本呈線性分布，符合平截面假定，箱梁仍處于彈性工作狀態(tài)，但實測中性軸較理論中性軸上移10%～15%。

圖4 相應(yīng)加載工況下S 3、S 4 應(yīng)力實測值與計算理論分析值對比結(jié)果

3 動載試驗

3.1 試驗內(nèi)容

動載試驗測試主梁在不同行車速度下的動應(yīng)力及應(yīng)力動態(tài)放大系數(shù)。以兩輛載重車（車輛總重量與靜載試驗車輛重量相同）進行跑車，跑車速度為勻速10、20、40 km/h。選取S1、S3、S4、S6 斷面共4 個控制部位測試小箱梁底板動應(yīng)力及應(yīng)力動態(tài)增量，每個斷面測點分別對應(yīng)圖2 中應(yīng)變片編號為：2、10、15、23。

3.2 試驗結(jié)果與分析

動載試驗測試主梁在不同行車速度下的動應(yīng)力及應(yīng)力動態(tài)放大系數(shù)。以兩輛載重車（車輛總重量與靜載試驗車輛重量相同）進行跑車，跑車速度為勻速10、20、40 km/h。選取S1、S3、S4、S6 斷面共4 個控制部位測試小箱梁底板動應(yīng)力及應(yīng)力動態(tài)增量，每個斷面測點分別對應(yīng)圖2 中應(yīng)變片編號為：2、10、15、23。

以典型的S1 斷面動應(yīng)力時程曲線及動應(yīng)力測試結(jié)果為例，表2 為S1 斷面實測應(yīng)力峰值及動態(tài)放大系數(shù)結(jié)果。

表2 的數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明：車輛以正常速度行駛時引起的S1、S3、S4、S6 斷面混凝土主梁底板縱橋向測點動態(tài)放大系數(shù)不大，動態(tài)放大系數(shù)在1.01～1.14之間。主梁各測試斷面的應(yīng)力動態(tài)放大系數(shù)實測結(jié)果均在正常范圍內(nèi)，且與行車速度無顯著關(guān)系。

表2 S 1 斷面實測應(yīng)力峰值及動態(tài)放大系數(shù)

4 結(jié)論

（1）靜力試驗荷載下，第一聯(lián)（3×30 m）各試驗控制斷面主要測點應(yīng)力與撓度實測值均大于理論計算值，不具有滿足預(yù)定設(shè)計荷載的強度和剛度，承載能力不滿足要求。

（2）靜力試驗荷載下，第二聯(lián)（4×30 m）各控制斷面的應(yīng)力變化和撓度與理論值相吻合，實測值均小于理論計算值，受力行為與設(shè)計計算相符，具有承受相應(yīng)預(yù)定設(shè)計荷載的強度和剛度，承載能力滿足要求。

（3）主梁混凝土應(yīng)變沿梁高基本呈線性分布，符合平截面假定，箱梁仍處于彈性工作狀態(tài)，但實測中性軸較理論中性軸上移10%～15%。

（4）正常車輛動荷載作用下，試驗橋梁實測動態(tài)應(yīng)力放大系數(shù)在正常范圍以內(nèi)。

隨著重載交通下預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)小箱梁橋服役年限的不斷增加，此類橋梁的承載能力與安全評定問題將愈加突出，本次試驗研究對今后同類橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化和試驗評價提供借鑒和參考，并為此類橋梁的管養(yǎng)和維護提供依據(jù)和技術(shù)支持。