高速公路箱梁静载试验检测与分析

苗兰弟

(陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714099)



高速公路箱梁静载试验检测与分析

苗兰弟

(陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714099)

摘要：针对某高速公路箱梁进行了静载试验。研究了箱梁试验加载方案及测点布置，然后通过对试验截面进行逐级加载，现场观测桥梁结构的应变和挠度。将实测值和理论值进行对比分析，结合公路桥梁相关规范，验证结构的安全稳定性能。

关键词：高速公路；箱梁；静载试验；应变；挠度

1工程概述

某高速公路工程设计荷载为公路Ⅰ级，某段桥梁结构采用预应力混凝土组合箱梁，横向由4片主梁组成，采取先简支后连续结构。全桥分为4联，每联4孔，共16孔，大桥全长474.2 m，单跨标准跨径29.2 m。

2静载试验检测内容

施工现场选取林州方向右幅边跨、次边跨为试验对象，选取边跨跨中截面(A截面)、次边跨跨中截面(B截面)、支点截面(C截面)共3个测试截面，如图1所示。本桥的主要测试内容包括应变测试和挠度测试两部分，根据测试截面的受力特点布置沿截面高度的应变测点和挠度测点。检测依据是JTG/T J21—2011《公路桥梁承载能力检测评定规程》，以下简称《规程》。

图1　测试截面布置示意图

3试验加载方案

3.1荷载工况

根据测试内容，本桥梁的荷载试验的布载方式为：对A、B截面，根据其弯矩影响线分别横向偏心布载及横向对称布载；针对1#墩支点截面(C截面)，按照弯矩影响线横向偏心布载。

3.2试验车概况

3.2.1试验车概况

本次静载试验加载的车重约为40 t，共4辆，车辆尺寸如图2所示，各轴实际重量见表1。

图2　加载车辆尺寸/cm

t

3.2.2试验车辆荷载布置

试验车辆荷载布置如图3～5所示，各载位的分级加载表见表2～4。

(a)A截面偏心荷载布置图

(b)A截面对称荷载布置图

分级设计弯矩/(kN·m)X/m试验弯矩/(kN·m)荷载效率边跨第一级5857823670.40边跨第二级5857549230.84边跨第三级5857261581.05

(a)B截面偏心荷载布置图

(b)B截面对称荷载布置图

注：本次荷载试验采用分级加载，其中边跨和次边跨跨中正弯矩加载按照车辆在影响线的不同位置形成分级。

图5　C截面荷载布置图

分级设计弯矩/(kN·m)X/m试验弯矩/(kN·m)荷载效率支点截面第一级-48245-29920.62支点截面第二级-48243-39460.82支点截面第三级-48242-45200.94

注：支点截面的分级加载通过边跨加载实现。

3.2.3荷载试验效率

试验弯矩(kN·m)和效率系数见表5。

表5　试验弯矩(kN·m)和效率系数表

4静载试验测点布置

本桥挠度测试截面选择分别为：针对A截面和B截面，截面处的每片小箱梁设置一个挠度测点，并在0#台、1#墩、2#墩处各设置2个支点沉降测点，共设14个挠度测点，如图6所示。

图6　各截面挠度测点布置图

本桥应力(应变)测试截面为A截面、B截面、C截面共3个截面。其中，A截面、B截面的应变测点设在每片梁的梁底，各梁均设置一个应变测点，另外，C截面的应变测点设置在腹板外侧面，设置5个应变测点[1]，测点具体设置位置如图7(a)～7(c)。

(a)A截面应变测点

(b)B截面应变测点

(c)C截面应变测点

5试验加载

5.1加载方式

本试验根据各控制截面的内力影响线，用4辆40 t重的加载车进行布载，通过移动不同的加载车而使各测试截面达到试验目标值，从而使各测试截面的实测力矩与标准货载作用下的设计力矩之比满足试验荷载效率的要求[2-3]。

5.2加载图式

通过结构分析软件——Midas Civil2010计算确定静载试验加载的位置，设计荷载按照公路—I级(并考虑相应的折减系数)，按照弯矩等效的原则，同时要符合荷载效率应在0.95～1.05之间的规定[2]。

6静载试验结果分析

以边跨跨中(A)截面为例，对本桥梁结构的试验数据进行分析。

6.1应变检测结果与分析

6.1.1应变检测结果列表

1)A截面中载各测点实测应变值见表6。

表6A截面中载各测点实测应变值

测点编号加载分级一级二级三级卸载边跨跨中A-110.820.126.0 0.5A-228.346.965.7 0.3A-324.141.359.4-7.8A-412.717.523.2-2.4

2)A截面偏载各测点实测应变值见表7。

表7A截面偏载各测点实测应变值

测点编号加载分级一级二级三级卸载边跨跨中A-134.849.564.3-0.2A-229.742.356.3 3.5A-323.229.539.2-1.8A-419.322.628.1-2.1

6.1.2应变检测校验系数评定

校验系数η为某一测点的应变实测值与理论值计算值的比值：η=S实测/S理论。通常要求预应力混凝土桥梁应变校验系数常值范围为：η=S实测/S理论≤1，此时，桥梁结构的工作性能较好[4]。

1)A截面中载各测点应变效验系数评定结果见表8。

表8　A截面中载各测点应变校验系数评定

由表8可知，4个测点中校验系数最大值为0.49，均满足不大于1的要求，符合《规程》的规定。

由图8可知，虽然A-2，A-3的应变值较A-1，A-4较大，但4个测点的实测应变横向分布趋势与理论计算值横向分布变化趋势总体一致，符合《规程》要求，这说明A截面的强度满足设计要求。

图8　A截面中载第三级应变测点横向分布图

2)A截面偏载各测点应变效验系数评定结果见表9。

由表9可知，4个测点中A-1的校验系数最大为0.42，均小于1，符合《规程》的规定。

表9　边跨1/2L(A截面)偏载各测点应变校验系数评定

图9　A截面偏载第三级应变测点横向分布图

6.1.3应变实测值与计算值线性关系分析

1)A截面中载时的线性关系分析。此时A-2测点的应变实测值最大，三级荷载下为65.7με，其与理论计算值关系曲线如图10所示。

图10　中载时A-2测点应变实测值与理论计算值线性关系

由图10可知，测点A-2的应变实测值与理论计算值线性关系非常好， 线性相关系数平方值为0.999 5。

2)A截面偏载时的线性关系分析。偏载时，A-1测点应变实测值最大，三级荷载下的应变值为64.3με，其与理论计算值关系曲线如图11所示。

图11　偏载时A-1测点应变实测值与计算值线性关系

由图11中可以看到，测点A-1在偏载时应变实测值与理论计算值线性关系仍然非常好，线性相关系数平方值仍为0.999 5。

6.1.4残余应变评定

桥梁结构的工作状态还可用实测残余应变(Sp)与实测最大应变(Stot)的比值来衡量，比值越小，桥梁结构就越接近弹性工作状态，通常要求两者的比值≤0.20。

1)A截面中载时应变实测值相对残余分析。由表10可以看出，A-3的相对残余值最大，为-0.13，4个测点的相对残余值均小于0.20,符合规范要求。

表10　A截面应变测点残余应变(对称加载)

2)A截面偏载时应变实测值相对残余分析。由表11可以看出，4个应变测点的相对残余值均非常理想，均满足规范规定的相对残余值小于0.20的要求。

表11　A截面应变测点残余应变(偏心加载)

6.2变形检测结果与分析

6.2.1变形检测结果列表

1) A截面中载各测点实测变形值见表12所示。

大众审美是整容审美的一个风向标，也是一个显示器。当大众审美倾向于成熟性感时，女人会选择隆胸、垫欧式鼻梁、开欧式平行双眼皮，当时的整容模板是范冰冰。而当大众审美偏向于清新自然时，内扇型的双眼皮、韩式小翘鼻是首选。

表12　A截面中载各测点实测变形值　mm

2) A截面偏载各测点实测变形值见表13所示。

表13　A截面偏载各测点实测变形值　mm

6.2.2变形检测校验系数评定

变形检测校验系数和应变检测校验系数表达方式相同，仍用：η=S实测/S理论。通常要求预应力混凝土桥梁校验系数的常值范围：变形η=S实测/S理论≤1.0。

1)A截面中载各测点变形校验系数评定结果见表14。

表14　A截面中载各测点变形校验系数评定

从表14可知，A截面在中载三级试验荷载作用下，A3测点实测挠度最大，该值为4.47 mm，远远小于理论计算值：L/600=30 000/600 =50 mm，这说明结构刚度符合《规程》规定。

图12　A截面中载第三级变形测点横向分布图

从图12可知，各测点实测值的曲线圆顺，其变化趋势与理论计算值吻合，梁体横向刚度分布较好[1]。

2)A截面偏载各测点变形效验系数评定结果见表15。由表15可知，A截面在偏载三级试验荷载作用下， A1测点在4个测点中实测挠度值最大，该值为5.16 mm，但远远小于理论计算值L/600=30 000/600 =50 mm，表明该结构刚度满足要求。

表15　A截面偏载各测点变形校验系数评定

由图13可知，各测点实测变形横向分布与理论计算值总体趋势一致。

图13　A截面偏载第三级变形测点横向分布图

6.2.3变形实测值与计算值线性关系分析

1) A截面中载时的线性关系分析。中载时，A3测点变形值最大，三级荷载作用下实测变形值为4.47 mm，其与理论计算值关系曲线如图14所示，两者线性关系良好。

图14　中载时A3测点变形实测值与计算值线性关系

2)A截面偏载时的线性关系分析。偏载时，A1测点变形实测值最大，三级荷载作用下实测变形值为5.16 mm，其与理论计算值关系曲线如图15所示，两者线性关系较好。

图15　偏载时A1测点变形实测值与计算值线性关系

6.2.4残余变形评定

实测残余变形(Sp)与实测最大变形(Stot)的比值越小结构越接近弹性工作状态，一般要求≤0.20[4]。

1) A截面中载时变形实测值相对残余分析。由表16可以看出，只有A3测点的相对残余值为0.14，相对接近规范规定的0.20，其余各点相对残余变形均很小，都小于20%，满足规范要求。

表16　A截面变形测点残余

2)A截面偏载时变形实测值相对残余分析。由表17可以看出，4个截面变形测点的相对残余值均很小，满足规范规定的小于0.20的要求。

表17　A截面变形测点残余

7结语

1) 在试验荷载(中载、偏载)作用下，该大桥应变检测截面(A截面)应变实测值均小于理论计算值，应变校验系数η=S实测/S理论均小于1，实测应变横向分布趋势与理论计算值横向分布变化趋势总体一致，且应变实测值与理论计算值线性关系良好，满足《规程》相关规定。应变检测结果表明该桥测试桥跨梁体抗弯强度满足公路-I级荷载标准。

2)在试验荷载(中载、偏载)作用下，该大桥挠度检测截面(A截面)挠度实测值均小于理论计算值，变形校验系数η=S实测/S理论均小于1，实测变形横向分布趋势与理论计算值横向分布变化趋势总体一致，且变形实测值与理论计算值线性关系良好，满足《规程》相关规定。挠度检测结果表明该桥测试桥跨梁体刚度满足公路-I级荷载标准。

3)应变相对残余最大值为应变测点A-3(中载)，相对残余数值为-0.13；挠度相对残余最大值为挠度测点A3(中载)，相对残余数值为0.14，均满足《规程》相对残余值不大于0.20的要求。

参考文献

[1] 张振平，马跃. 钢—混凝土组合梁健康静载试验检测与评估[J]. 四川建材，2013(5):133-134.

[2] 贾永昌. 桥梁荷载试验分析[J]. 北方交通，2013(3):64-66.

[3] 徐兆华. 高强钢丝绳在桥梁加固中的计算问题[J]. 交通世界(建养机械)，2013(5):256-257.

[4] 李治学，白先梅. 某双曲拱桥病害检测及承载力评估[J]. 公路，2011(3):42-45.

The Static Load Test and Analysis to the Expressway Box Girder

MIAO Lan-di

(ShaanXiRailwayInstitute,Weinanshaanxi714099,China)

Abstract：A static load test has been made to a certain expressway construction. In the test，the loading scheme and arrangement of measuring points have been researched. Then through step by step loading to test the cross-section, the strain and deflection have been observed on the spot. After comparing and studying the observation results and theoretical values, and being combined with the design specifications of highway, the safety and stability of the structure have been verified.

Key words：expressway; boxed girder; static test; strain; deflection

文献标志码：A

文章编号：1009-8984(2016)01-0034-06

中图分类号：U441.2

作者简介：苗兰弟(1983-)，女(汉)，山西河曲，硕士，讲师

收稿日期：2016-01-20

doi:10.3969/j.issn.1009-8984.2016.01.008

主要研究桥梁施工技术与控制。