趙 帥，安玉普，時廣義

（1.吉林省交通科學(xué)研究所試驗檢測中心，長春 130012；2.長春理工大學(xué) 后勤處，長春 130013；3.吉林省建筑科學(xué)研究設(shè)計院結(jié)構(gòu)檢測研究所，長春 130011）

橋梁荷載試驗是檢驗橋梁工程質(zhì)量能否達(dá)到設(shè)計與施工標(biāo)準(zhǔn)的一種試驗方法，靜載試驗通過直接在橋梁結(jié)構(gòu)上施加與設(shè)計荷載等效的外加荷載，利用測試儀器測試橋梁結(jié)構(gòu)控制截面在不同試驗荷載下結(jié)構(gòu)的撓度、應(yīng)變、裂縫、荷載橫向分布規(guī)律等力學(xué)參數(shù)，同時與相應(yīng)荷載下的理論計算值和規(guī)范進(jìn)行對比，從而評定結(jié)構(gòu)的安全儲備和承載能力[1-3]。本文以云杉街中橋為工程背景，通過對橋梁進(jìn)行靜載測試評估其承載能力與實際運營狀況。

1 工程概況

云杉街中橋橋梁全長為58 m，跨徑組合為4×13 m。橋面全寬34.5 m，橋面凈寬2×15.5 m，單幅橫斷面布置0.75 m（護(hù)欄）+15.5 m（行車道）+0.5 m（護(hù)欄）=16.75 m。橋面鋪裝為瀝青混凝土鋪裝，上部結(jié)構(gòu)為先張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板梁，橋面連續(xù)，單幅橫向由13 塊空心板組成，梁高70 cm，下部結(jié)構(gòu)為柱式臺、柱式墩，墩臺均采用樁基礎(chǔ)，設(shè)計荷載等級為公路-I 級。

2 試驗車輛及測點布置

靜載試驗是測試橋梁剛度和強度，判定橋梁承載能力的有效方法，對于不同的橋梁類型其加載位置和測試位置有所差異。根據(jù)該橋結(jié)構(gòu)型式、孔跨布置、上部結(jié)構(gòu)型式以及荷載試驗所需工作條件，選取左幅第3 跨作為試驗對象進(jìn)行靜載試驗，左幅第3 跨1#~13#梁跨中截面作為荷載試驗控制截面，檢驗主梁跨中截面在車輛荷載偏載及中載2 個工況作用下的最大正彎矩和撓度效應(yīng)。依據(jù)設(shè)計資料計算分析，車輛加載工況布置如圖1、圖2 所示，加載車軸重及總重見表1。

表1 試驗加載車輛軸重及總重

圖1 工況一（偏載加載布置圖）（單位：cm）

圖2 工況二（中載加載布置圖）（單位：cm）

本次靜載試驗選取云杉街中橋左幅第3 跨橋，對1—13 號主梁底的跨中和支點截面設(shè)置應(yīng)變及撓度測點，測量加載工況下的跨中和支點處的應(yīng)變值及位移值。應(yīng)變測試截面采用電阻應(yīng)片，撓度測試截面采用反光標(biāo)識。測點的具體布置情況如圖3、圖4 所示。

圖3 跨中截面應(yīng)變測點布置（單位：cm）

圖4 跨中及支點截面撓度測點布置（單位：cm）

3 理論計算分析

3.1 建立模型

采用橋梁專業(yè)有限元軟件Midas/Civil 對該橋左幅上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模分析。以公路-Ⅰ級荷載為目標(biāo)荷載進(jìn)行加載方案設(shè)計。該橋上部結(jié)構(gòu)采用裝配式先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，主梁混凝土采用C50混凝土，利用Midas/Civil 有限元分析軟件通過梁格建模方法，建立有限元空間分析模型。橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型如圖5 所示。

圖5 有限元模型

3.2 靜載試驗效率

JTG/T J21-01—2015 根據(jù)《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》[4]可知荷載試驗效率為實際加載車產(chǎn)生的荷載效應(yīng)與規(guī)范荷載產(chǎn)生的荷載效應(yīng)（含沖擊系數(shù)）的比值。靜載試驗設(shè)計荷載為公路-I 級，偏載采用三車道布載，中載采用四車道布載，根據(jù)JTG D60—2015《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》[5]選取車道荷載為q=10.5 kN/m，P=286 kN。采用Midas/Civil 計算模型，根據(jù)試驗加載車輛的實際布置及車輛軸重，按控制截面彎矩圖進(jìn)行最不利布載，計算出該橋左幅第3 跨1#、7#、9#主梁的控制截面荷載效率在0.96～1.00 之間，荷載試驗效率系數(shù)見表2，滿足規(guī)范規(guī)定的荷載試驗效率0.95～1.05。實際車輛荷載與規(guī)范荷載作用下1#、7#、9#梁跨中最大彎矩值如圖6—圖11 所示。

表2 試驗荷載效率

圖6 工況一1#梁規(guī)范荷載彎矩圖

圖7 工況一1#梁實際加載彎矩圖

圖8 工況二7#梁規(guī)范荷載彎矩圖

圖9 工況二7#梁實際加載彎矩圖

圖10 工況二9#梁規(guī)范荷載彎矩圖

圖11 工況二9#梁實際加載彎矩圖

4 試驗結(jié)果分析

應(yīng)變采用DH3816N 靜態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)采集，撓度數(shù)據(jù)采用橋梁撓度儀（非接觸視頻測量系統(tǒng)）采集，各工況作用下各測點應(yīng)變和撓度測試結(jié)果見表3、表4。通過表3、表4 所得應(yīng)變、撓度結(jié)果，可以得出車輛偏載與中載作用下1—13 號梁控制截面應(yīng)變、撓度實測值與理論值數(shù)值對比如圖12、圖13 所示。各工況作用下應(yīng)變、撓度校驗系數(shù)及相對殘余變形分布曲線如圖14、圖15 所示。從圖12、圖13 可知，2 種工況下，左幅1—13 號空心板梁測點應(yīng)變與撓度實測值與理論值曲線分布規(guī)律基本一致，各梁跨中控制截面測點應(yīng)變與撓度實測值均小于理論值。

圖12 應(yīng)變測試結(jié)果

圖13 撓度測試結(jié)果

圖14 校驗系數(shù)測試結(jié)果

圖15 相對殘余變形測試結(jié)果

表3 工況一加載試驗結(jié)果

表4 工況二加載試驗結(jié)果

從圖14、圖15 可知，工況一作用下各梁應(yīng)變測點校驗系數(shù)介于0.64～0.79，撓度測點校驗系數(shù)介于0.73～0.88；工況二作用下各梁應(yīng)變測點校驗系數(shù)介于0.67～0.82，撓度測點校驗系數(shù)介于0.42～0.59。2 種工況下各梁應(yīng)變測點相對殘余變形在12.5%以內(nèi)，撓度測點相對殘余變形在12.3%以內(nèi)，相對殘余變形在20%以內(nèi)，應(yīng)變及撓度校驗系數(shù)均滿足JTG/T J21—2011《公路橋梁承載能力評定規(guī)程》[6]的要求。

5 結(jié)論

主梁在偏載作用下各測點應(yīng)變校驗系數(shù)介于0.64～0.79，撓度校驗系數(shù)介于0.73～0.88，中載作用下各測點應(yīng)變校驗系數(shù)介于0.67～0.82，撓度校驗系數(shù)介于0.42～0.59，兩種工況下校驗系數(shù)均小于1.0，滿足規(guī)范相關(guān)規(guī)定，表明主梁自身剛度與強度滿足要求。

卸載后主梁各測點在2 種工況下應(yīng)變相對殘余變形在12.5%之內(nèi)，撓度相對殘余變形在12.3%之內(nèi)，各測點的相對殘余變形均小于20%，在試驗加載過程中結(jié)構(gòu)呈彈性工作狀態(tài)。試驗測試時各測點應(yīng)變曲線表明各主梁間橫向分布狀況良好，橫向傳力能力較好。

綜合靜載試驗各項結(jié)論可知，該橋主梁結(jié)構(gòu)可以滿足正常使用狀態(tài)下公路-I 級的荷載等級要求。