装配式公路钢筋混凝土空心板梁试验评定

刘伯奇

(中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京 100081)

近几十年来，我国道路交通事业蓬勃发展。而随着时间的推移，桥梁在服役期间，在自然环境和荷载的共同作用下，桥梁会产生病害、损坏，严重时会影响到正常使用甚至发生安全事故。为了保证桥梁结构的正常运营，需要对桥梁进行一定的维修、加固及改造。在对桥梁进行维修、加固或改造之前往往需要对病害桥梁进行综合评定。

装配式空心板桥由于其预制、安装、施工工艺简单、工程造价较低，同时板桥具有建筑高度小等优点，所以在中小跨径桥梁中得到广泛应用。但从已建成桥梁的运营状况来看，也存在一些较为典型的病害。通过对广东省内多条高速公路以及深圳市内部分市政装配式混凝土空心板梁工作状况进行调查，发现引起装配式板桥结构承载能力不足的原因:一是由于主梁自身的强度不足导致结构整体承载能力不足;二是由于横向联系(铰缝)偏弱，或铰缝受损甚至破坏，造成结构各主梁协同受力能力下降，从而导致结构承载能力下降。

目前，我国大部分于20世纪70—90年代建造的桥梁仍在使用中，而当时桥梁设计荷载水平较低，该荷载水平已不能适应日益增长车流量的需要，使得旧桥加固维修工作的重要性也日益突显。在维修加固前，一般对结构的实际工作状态进行评估，为桥梁的加固和改造提供数据支持。笔者在板梁结构的评估工作中发现，仅通过常规的静动力荷载试验有时很难发现结构存在的一些问题。但如果辅助以横向分布测试，则可以使评估结果更加准确。本文以一座实桥的试验评估介绍这一方法。

1 工程概况

深圳市某公路上有一座跨径为10 m的装配式混凝土空心板梁桥。该桥分左幅和右幅，上部结构单幅桥横向布置9片钢筋混凝土板梁，梁高45 cm、宽1.2 m，梁间采用35 cm的长铰缝连接，现浇层铺装层设计厚度为10 cm，见图1。该桥计算跨径为9.6 m，桥面净宽10.5 m。空心板梁及铰缝采用C40混凝土，桥面铺装采用C30混凝土，普通钢筋采用Ⅰ级。相关部门拟对该桥所处路段进行拓宽改造，本桥原设计荷载等级为汽超-20，挂-120，改造后为公路-Ⅰ级。

图1 空心板梁横向布置(单位:cm)

2 试验评定

选取病害较为严重的左幅桥进行横向分布系数测试、常规静载试验测试以及动载测试。

2.1 横向分布系数测试

横向分布测试在1#～9#梁跨中部位各布置一个挠度测点，采用一辆加载车进行测试，测点布置及加载轮位如图2所示。

图2 横向分布测试测点布置及加载轮位

由各测点的实测位移值推算得到各片梁的实测荷载横向分布，及按铰接板法计算的相应荷载横向分布理论值，如图3。从图3可以看出，实测影响线数值与理论值存在一定的差异，实测影响线峰值均大幅超过了理论计算值，影响线在6#梁与7#梁位置出现突变，说明各梁间联系相对理论计算值偏弱，6#梁与7#梁间铰缝可能已经破坏。

图3 横向分布影响线实测值与理论值对比

2.2 常规静载试验

2.2.1 测点布置

该桥为简支结构，测试截面选取跨中截面(A截面)进行。在7#～9#板测试截面底板处分别布置应力测点和挠度测点。应力测点处布置振弦式应变计，挠度测点处布置百分表，测点布置见图4。

2.2.2 加载值的确定及加载方法

采用分级加载的方式。由于该桥原设计荷载为汽超-20，挂-120，改造后为公路-Ⅰ级，在加载时分别考虑两种荷载等级，在加载值达到原设计荷载等级后分两级加载至改造后荷载等级，并在加载过程中注意各测试参数的变化以保证试验安全。通过荷载等效的方式加载，利用Midas Civil建立结构有限元模型计算得到本桥静载试验采用4辆约40 t的重车进行加载，加载示意见图5。

2.2.3 测试结果

图4 测点布置示意(单位:cm)

在最大级试验荷载作用下，实测7#～9#梁A截面下缘混凝土平均拉应变分别为 307×10－6，303×10－6，201 ×10－6，理论计算值分别为657 ×10－6，642 ×10－6，598 × 10－6，应变(或应力)校验系数分别为0.467，0.472，0.336，满足《评定规程》中钢筋混凝土板桥0.3～0.7的要求。如果按照全截面受力计算应变值分别为243 ×10－6，221 ×10－6，214 ×10－6，可以看出板梁目前已出现开裂但较接近全截面受力状态。另外，从实测数据来看，各测点卸载工况下残余数值较小，卸载后应变相对残余均不大于20%，表明截面处于弹性工作状态。

图5 跨中截面加载示意(单位:m)

2.3 动载试验

2.3.1 测点布置

在跨中部位1#梁与9#梁对应桥面处分别布置纵向及竖向拾振器，测点布置见图6。

图6 动载试验测点布置

2.3.2 测试内容

测试内容主要包括脉动试验、跑车试验、跳车试验及制动试验。其中跑车试验及跳车试验分别在靠近S1测点及靠近S2测点附近车道各进行两次，对两次测试结果进行对比分析。

2.3.3 测试结果

①实测自振频率为13.38 Hz，理论计算值为7.78 Hz，实测值大于理论计算值。②行车试验结果表明，在行车状况下跨中竖向测点S1，S2的最大振动响应单峰值分别为1.402 3 mm，0.188 0 mm，S1测点所测得值均远大于S2测点，说明结构个别铰缝连接较弱，与静载试验所得的结论一致。结构振动响应随车速的增大而增大。③在跳车工况下跨中S1，S2测点最大竖向振幅分别为4.801 7 mm，0.722 4 mm(单峰值)，测试结果较行车明显增大。S1测点所测得值远大于S2测点，说明结构个别铰缝连接较弱，与静载试验所得的结论一致。④制动工况下，跨中Z1，Z2测点纵向振动幅值(单峰值)分别为0.033 4 mm，0.050 6(跨中制动)，数值均较小。

2.4 试验小结

通过对该桥的横向分布系数测试、常规静载试验以及动载试验主要可以得到以下结论:①从横向分布测试结果来看，6#与7#梁间铰缝已经失效;②结构主控截面的承载能力试验表明，试验的各项指标均满足设计要求和试验规范要求，结构承载能力、结构刚度满足要求;③在行车及跳车工况下S1测点所测得值均远大于S2测点，说明结构个别铰缝连接较弱，与横向分布系数测试所得的结论一致。

3 结语

单从常规静载试验结果来看结构基本上能满足结构改造后设计荷载等级的要求，但是结合横向分布系数测试以及动载试验的结果可知结构的个别铰缝已经失效。这样形成单板受力对主梁的受力是不利的。利用本文的方法可以对装配式空心板梁进行更为全面的评定，可以为后期的维修、加固及改造工作提供有效的数据。

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