李國柱 李深圳 鄭博文

（河南交院工程技術集團有限公司，河南 鄭州 451460）

0 引言

近些年，隨著河南省高速公路里程的不斷增加，新建高速公路復雜結構橋梁跨越山谷、河流，解決了偏遠地區(qū)交通不便的難題，為當地的經濟發(fā)展做出巨大的貢獻。為掌握新建復雜結構橋梁成橋后的承載力情況，以及橋梁施工監(jiān)控合龍后橋梁應力分布是否合理，需要對新建橋梁進行靜荷載試驗來檢驗橋梁的質量是否符合設計要求。同時，積累初始資料，為工程驗收、質量評定和長期健康監(jiān)測提供原始數據，為橋梁的正確使用和維修、管理提供依據［1］。

本文依托河南高速公路“13445工程”某高速公路黃河特大橋項目，對黃河特大橋主橋進行交工前成橋質量驗收工作。該黃河特大橋結構受力復雜，跨徑組合為10 跨一聯(lián)連續(xù)剛構橋，受溫度影響較大，冬季與夏季橋梁混凝土縱向伸縮量較大，需要在橋頭安裝伸縮量較大的伸縮縫，該橋在全國此類橋型結構（剛構橋連續(xù)跨較多）中排名前三。本研究分析該橋靜載試驗采集數據與理論計算數據之間的關系，驗證該橋承載力狀況是否滿足相關規(guī)范要求。通過分析研究結果，建議后期橋梁養(yǎng)護過程中安裝橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)對橋梁進行實時安全預警，并按照相關規(guī)范進行定期檢測。

1 工程概況

某黃河特大橋于2020 年建成通車，橋梁左幅長1 136.65 m，右幅長1 156.65 m，跨黃河主橋上部結構采用（77+8×120+77）m 懸臂變截面預應力混凝土連續(xù)剛構，引橋上部結構為20 m 預制小箱梁。荷載等級為公路-Ⅰ級，橋梁凈度為2×15.5 m，為雙向六車道高速公路。

該項目橋梁為單箱單室，變截面箱梁底板線形為二次拋物線，由跨中箱梁梁高3.0 m 漸變成主墩處箱梁梁高7.2 m。在主墩墩頂0#塊處箱梁設置1.5 m 厚的橫隔板，共有兩個，間距為4.0 m；邊跨端部設置1.6 m 厚的橫隔板；中跨跨中設置厚0.3 m 的橫隔板。箱梁頂板設置坡度為2%的橫坡，變截面箱梁底板是水平的。箱梁設置為三向受力預應力筋（縱、橫及豎向）。

2 靜載試驗

2.1 靜載試驗理論

靜載試驗首先是經理論計算設計荷載作用在結構物上最不利截面的內力（應變、應力）及變位（撓度），再通過現場加載的方式，用特定精密儀器測定結構物相關截面的內力（應變、應力）及變形（撓度）等參數的變化，用實際測量值與理論值的比值得出校驗系數來評估結構的承載力狀況［2］。

靜載試驗荷載效率?q的計算見式（1）［1］。

式中：Ss為現場加載時對應加載最不利截面的應變（應力）、變位等參數對應的最大荷載作用值；S為控制荷載產生的同一加載最不利截面應變（應力）、變位等的最不利效應計算值；μ為橋梁規(guī)范規(guī)定的沖擊系數。新建橋梁在交工的成橋試驗荷載效率?q的取值宜為0.85～1.05，依照規(guī)范要求計算荷載效應。

靜載試驗測試過程中有兩個關鍵指標：變位（撓度）、應變（應力）。橋梁的剛度指標通過撓度變化來判定，橋梁的強度指標通過應變（應力）變化來判定；橋梁的彈性指標優(yōu)良通過相對殘余系數來判定。整個試驗過程數據分析圍繞這3 個參數綜合評定橋梁質量。

本次靜載試驗選取3 軸載重車作為加載車輛，加載車輛的數量由荷載等級按照公路-Ⅰ級進行確定，經有限元軟件計算等效荷載選擇8 輛3 軸加載車輛，每輛加載車重45 t。試驗加載車輛相關信息參數見表1。由于工況較多，篇幅有限，僅對正載試驗進行分析，試驗荷載加載效率見表2。由表2 可知，該黃河特大橋靜載試驗的加載效率在0.85～1.05之間，滿足《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》（JTG∕T J21-01—2015）的要求。

表1 試驗車輛信息

表2 試驗荷載加載效率

2.2 靜載試驗布置方案

根據某黃河特大橋受力特征計算最不利受力截面特征，本次靜載試驗選取該橋前四跨（第1、2、3、4 跨）最不利截面最大彎矩處指定截面作為研究對象。測試項目為應變、撓度相對殘余系數［3-5］。試驗跨指定截面布置如圖1 所示，指定截面應變測點布置如圖2 所示，指定截面撓度測點布置如圖3所示。橋梁檢測指定截面位置的布設滿足相關規(guī)范要求，應變測點的選擇滿足平面假定原理的相關規(guī)定。

圖1 橋梁1～4跨試驗截面圖（單位：m）

圖2 指定截面應變測點

圖3 指定截面撓度測點（單位：cm）

3 試驗結果分析

3.1 撓度分析結果

現場測試撓度數據經過溫度修正及相關處理得出，在工況1～4荷載作用下，指定截面1～4相應測點的撓度實測值與理論值見表3。

表3 工況1～4荷載作用下各測點撓度值及分析

為了更直觀地了解此數據，通過對表格關鍵數據進行擬合，得出指定截面1～4 相應測點的撓度實測值與理論值橫向分布曲線如圖4所示。

圖4 指定截面1～4相應測點的撓度實測值與理論值橫向分布曲線

由圖4 可知，指定截面1～4 各測點撓度值變化趨勢與理論值基本一致，說明荷載橫向分布趨于均勻，測點變形協(xié)調性較好，橋梁該項指標正常，后期監(jiān)測數據可參考該數據來判定橋梁剛度退化情況。由表3 可知，指定截面1～4 各測點撓度校驗系數在0.38～0.73 之間，滿足《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》（JTG∕T J21-01—2015）中小于1 的規(guī)定，說明橋梁剛度滿足設計規(guī)范要求，橋梁承載能力安全儲備充足。位移相對殘余最大值為6.11%，滿足《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》（JTG∕T J21-01—2015）中20%的規(guī)定，說明橋梁工作時處于彈性狀態(tài)。

3.2 應變分析結果

應變值經過溫度修正，在工況1～4 荷載作用下，指定截面1～4 相應測點的應變實測值與理論值見表4。由表4可知，指定截面1～4各測點應變校驗系數在0.45～0.71 之間，滿足《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》（JTG∕T J21-01—2015）中小于1 的規(guī)定，說明橋梁強度滿足設計規(guī)范要求。位移相對殘余最大值為11.67%，滿足《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》（JTG∕T J21-01—2015）中20%的規(guī)定，說明橋梁工作時處于彈性狀態(tài)。

表4 工況1～4荷載作用下各測點應變值及分析

4 結論

①通過對某黃河特大橋靜載試驗進行分析，得出該橋在公路-Ⅰ級等效荷載作用下，應變、撓度校驗系數均小于1，滿足《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》（JTG∕T J21-01—2015）的相關要求，說明橋梁的剛度、強度均滿足設計要求，并且橋梁承載力安全儲備存在富余。應變、撓度相關殘余系數均小于20%，說明橋梁工作時處于彈性狀態(tài)。

②通過對某黃河特大橋復雜結構受力體系進行靜載試驗研究，評價新建橋梁工程質量，為類似橋梁工程質量評價提供參考。

③該橋梁結構受力結構復雜，溫度效應敏感性強，橋梁縱向變位較大。隨著時間的推移，混凝土的收縮徐變會引起橋梁預應力損失，橋梁跨中撓度將會出現下?lián)锨闆r。建議后期養(yǎng)護時安裝健康監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測橋梁伸縮縫、橋梁跨中撓度、關鍵部位應力及動態(tài)參數變化情況。