温查尔大桥静载试验分析

王益恺，张洪亮，于海波(黑龙江省公路勘察设计院)

温查尔大桥静载试验分析

王益恺，张洪亮，于海波(黑龙江省公路勘察设计院)

温差尔大桥经过多年的运营，桥梁结构出现了不同程度的病害，为了解桥梁的实际工作状态和承载能力，对该桥进行了静载试验。该文阐述了静载试验，测定了桥跨结构的强度和刚度。试验结果分析表明：桥跨结构基本处于弹性工作状态，强度和刚度满足设计荷载要求，但抗裂性不足，主梁间无可靠联系，呈现单梁受力状态，4#墩沉降量较大。针对静载试验结果，对该桥提出了维修与加固建议。

少筋微弯板;静载试验;力学性能;加固改造

0 前言

温查尔大桥位于黑龙江省北安至黑河段原三级公路，里程桩号K211+477。该桥修建于1981年，至今已运营多年，上部结构各构件间连接缝处均存在渗水泛白现象，I形梁梁端范围内存在斜裂缝，跨中存在竖向受拉裂缝，裂缝宽度超限;微弯板出现纵桥向受拉裂缝。4#墩下游侧墩柱存在冻拔状况，冻拔量为10 cm，在使用荷载作用下，该墩柱随时可能倾倒，存在较大的安全隐患。

为了解该桥的实际技术状况，对该桥进行了静载试验。

1 工程概况

该桥桥孔分布为5×16 m，全长84.04 m，桥面净宽为7 m+2×0.75 m;设计荷载等级为汽-15，挂-80级。上部结构采用少筋微弯板组合梁，每孔由5片I形梁组成，主梁混凝土标号为250号，桥面铺装采用7～12 cm厚300#防水混凝土;采用切线式支座。下部结构采用双柱式墩台，钻孔灌注桩基础，墩台柱径均为1.0 m，桩径均为1.2 m。下部除钻孔桩采用200#混凝土外，其余均采用250#混凝土。

2 试验结果分析

2.1 试验孔主梁跨中截面挠度分析

在工况1试验荷载作用下，主梁跨中断面挠度实测值如表1所示。

表1 主梁跨中断面挠度表

表2中数据表明，在工况1试验荷载作用下，试验孔主梁的挠度校验系数介于0.338～0.415之间，最大值为0.415，接近钢筋混凝土梁桥挠度校验系数η的常见值0.5～0.9的下限值。

上述分析说明试验孔主梁跨中截面竖向刚度能够满足汽-15、挂-80荷载的设计和使用要求。

2.2 相对残余变形分析

相对残余变形是评价结构构件承载后弹性工作性能的指标，跨中挠度的相对残余变形越小，说明结构弹性工作状况越充分，工况1试验荷载作用下主梁挠度残余变形分析结果如表2所示。

表2 主梁跨中挠度相对残余变形 %

由表3可见，在工况1试验荷载作用下，试验孔主梁跨中挠度的相对残余变形介于2.38% ～13.73%，小于20%，表明桥跨结构基本处于弹性工作状态。但个别主梁残余变形相对较大，弹性变形安全储备较低。

2.3 主梁跨中断面荷载横向分布系数

根据主梁的跨中挠度实测值，计算工况1试验荷载作用下主梁的实际横向分布情况，见表3。

表3 主梁跨中截面实测的横向分布系数表

表3数据和图6表明，在工况1荷载作用下，各主梁实测横向分布系数由3#梁向两边主梁呈逐渐减小趋势，实测3#梁横向分布系数最大，数值为0.427;而横向分布系数理论计算值由1#梁向5#梁呈逐渐减小的趋势，1#梁横向分布系数最大，数值为0.411。

实测值与理论计算值相比存在一定的差异，可能系由I形梁间微弯板及横系梁存在不同程度的破损所致。

2.4 试验孔主梁跨中应变应力分析

在工况1试验荷载作用下，混凝土应变沿梁高分布基本呈线性分布。为减少试验误差，应用最小二乘法原理对各截面测点数据进行回归分析，确定一条误差较小的最佳试验曲线，即沿梁高变化的直线方程。1#梁侧混凝土应变测试结果，根据最佳试验曲线，将应变乘以混凝土弹性模量，即得到相应测点的混凝土应力，见表4。

表4 1#梁实测应力表

表4应力计算值计算时，采用实测的横向分布系数。主梁混凝土应变分析表明，控制断面混凝土应变沿梁高的变化基本符合受弯构件的平面假设;主梁混凝土上下缘应力校验系数均介于钢筋混凝土梁桥应力校验系数常见值0.4～0.8之间;实测开裂截面中心轴高度低于理论计算的开裂截面中心轴高度。上述分析说明：结构强度可以满足汽-15、挂-80汽车荷载的设计及使用要求。

2.5 裂缝情况

在工况1试验荷载加载前后分别对1#主梁梁侧跨中附近裂缝进行了检测，检测结果见表5。在试验荷载加载前，1#边梁梁侧跨中附近竖向受力裂缝最大缝宽为0.26 mm;加载稳定后，该裂缝最大缝宽发展至0.29 mm;卸载稳定后，该裂缝最大缝宽为0.28 mm，未恢复至初始缝宽，缝宽大于限值要求;加载前后无新裂缝产生。

表5 工况1试验荷载加载前后主梁裂缝实测表

裂缝宽度未超限值要求，但卸载后裂缝未恢复至加载前初始宽度，表明结构抗裂性不能满足汽-15、挂-80荷载的设计及使用要求。

2.6 测点主拉应力分析

为了确定主梁梁端最大剪力处的平面应力状态，采用应变花测出测点A，45°斜截面的横向应变、纵向应变及水平向应变，计算出主应变，从而计算出测点A处主应力实测值。将实测的主应力与理论计算的主应力进行比较，见表6。

表6 工况2试验荷载作用下2#梁测点A应力表

在工况2试验荷载作用下，测点A处主拉应力校验系数介于钢筋混凝土梁桥应力校验系数常见值0.4～0.8之间，并且实测的最大主拉应力与理论计算的最大主拉应力均小于混凝土的抗拉强度，说明在工况2试验荷载作用下，试验孔梁端平面应力状态较好。

2.7 最大竖向反力双列偏心加载数据分析

在工况3试验荷载作用下，4#墩两墩柱沉降量实测值见表7。

表7 工况3试验荷载作用下4#墩沉降实测表

由表7可知，4#桥墩的最大沉降量为5.1 mm，且卸载后变形未完全恢复。

3 结论

通过对该桥进行静动载试验得出如下结论。

(1)在试验荷载作用下，主梁挠度校验系数最大值为0.415，接近钢筋混凝土梁桥挠度校验系数η的常见值0.5～0.9的下限值，试验孔主梁跨中截面竖向刚度能够满足汽-15、挂-80荷载的设计和使用要求。

(2)试验孔主梁挠度的相对残余变形均小于20%，表明桥跨结构基本处于弹性工作状态，但个别主梁残余变形相对较大，弹性变形安全储备较低。

(3)在试验荷载作用下，横向分布系数实测值与理论计算值相比存在一定的差异，可能系由I形梁间微弯板及横系梁存在不同程度的破损所致。

(4)混凝土应变沿主梁梁高的分布规律基本呈线性分布，基本满足平面变形假定。

(5)主梁混凝土上下缘应力校验系数均介于钢筋混凝土梁桥应力校验系数常见值0.4～0.8之间，实测开裂截面中心轴高度低于理论计算的开裂截面中心轴高度，结构强度可以满足汽-15、挂-80荷载的设计及使用要求。

(6)加载前后，主梁跨中附近竖向受力裂缝最大缝宽由0.26 mm发展至0.29 mm，卸载后该裂缝缝宽未恢复至加载前宽度，结构抗裂性不能满足汽-15、挂-80荷载的设计及使用要求。

(7)在试验荷载作用下，实测的测点A处主拉应力校验系数介于钢筋混凝土梁桥应力校验系数常见值0.4～0.8之间，并且实测的最大主拉应力与理论计算的最大主拉应力均小于混凝土的抗拉强度，试验孔梁端平面应力状态较好。

(8)在试验荷载作用下，4#桥墩的最大沉降量为5.1 mm，且卸载后变形未完全恢复。

综上所述，结构跨中截面竖向刚度、结构正截面强度和最大剪力测点强度均能够满足汽-15、挂-80原设计荷载的要求，挠度残余变形小于限值要求，结构基本满足平面变形假定。结构横向联系较为薄弱，结构抗裂性不足，4#桥墩的最大沉降量相对较大，达5.1 mm。

［1］宋一凡，贺拴海.公路桥梁荷载试验与结构评定［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［2］谌润水，胡钊芳.公路桥梁荷载试验［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［3］胡大琳.桥涵工程试验检测技术［M］.北京：人民交通出版社，2000.

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1008-3383(2012)11-0096-01

2012-04-17