预应力混凝土桥梁的静载检测分析

张 鹏

(安徽省路桥试验检测有限公司，安徽合肥 230000)

0 引言

桥梁是道路交通的关键节点，其承载能力和通行能力是控制道路全线的关键。然而，桥梁长期处于露天的环境中，受到自然因素如风载、波浪等荷载作用，桥梁的结构易产生如裂缝、开裂等病害。

为确保桥梁的安全可靠，就需要全面评估桥梁实际使用中的工作状态，而荷载试验可以有效检验桥梁结构整体的施工质量与受力性能，对桥梁结构的正常使用性能、强度、刚度、裂缝等各项指标做出全面的评价，并对桥梁结构的承载能力做出准确的评估，掌握桥梁的运行状况和所处状态，推断其承载能力，从而综合、正确的评定桥梁的实际状况。

对于公路及市政桥梁使用较多的预应力混凝土预制梁，姜源等［1］、马云锋等［2］对试验的具体实施过程及评定方法进行了研究，但其均为预应力混凝土单梁，李延存［3］对斜拉桥的静载试验方法进行了相关研究，吴帆［4］对高性能混凝土桥梁进行了静载试验分析。本文在上述研究基础上开展了太原市某高架桥主线桥应变、挠度等静态检测试验，并计算了试验效率系数、荷载效应校验系数、结构相对残余变形及结构刚度等，全面评估了高架桥的受力性能。

1 工程概况

太原市某高架桥主线桥共计13联41跨，桥长1 221.5 m，上部结构第2联、第9联采用变截面预应力混凝土箱梁、第7联采用等截面普通钢筋混凝土箱梁、第13联采用钢筋混凝土实心板梁，其余桥跨均采用等截面预应力混凝土连续箱梁;另外，第7联西端南北两侧分别接有上、下平行匝道，匝道桥全长均为120.0 m，上部结构采用4跨等截面预应力混凝土箱梁，下部结构采用钢筋混凝土轻型桥台，带横梁双立柱桥墩，承台配桩基形式基础;上、下平行匝道下部结构采用轻型桥台和单柱式桥墩。主线桥桥面总宽为23.5 m～41.5 m，设计荷载为城—A级，抗震设防烈度为8度，上部预应力结构按部分预应力A类构件设计。为检验工程质量，并为桥梁竣工验收提供依据，对该高架桥部分桥跨进行静载试验，检测上部结构主梁在试验荷载作用下的应变(应力)和挠度，据此评价桥梁的受力性能是否满足设计要求。

2 静载检测准备工作

2.1 检测方法

本次静载试验主要检测应变、挠度两项指标，用于计算结构变位或应变校验系数ζ、结构相对残余应变S'P、结构刚度等，从而评估桥梁在试验荷载作用下是否满足正常使用要求。其中应变采用应变片配合静态应变测试系统测试，挠度采用位移计配合自动巡检全站仪测试。

2.2 评估方法

依据桥梁检测评定技术规程，采用荷载试验效率控制荷载工况、加载位置。荷载试验效率按下式计算:

其中，ηs为静力荷载试验效率，对验收性荷载试验，其值应不小于0.85，且不大于1.05;Sstat为实际工况荷载作用下，控制断面的最大内力或变位计算值;Sk为控制荷载作用下，控制断面的最不利内力或变位计算值;μ为设计冲击系数。本次项目桥梁设计荷载为城—A级，理论计算采用Midas civil 2017桥梁计算软件建立试验联模型进行计算分析，以第5联(11号墩～15号墩)为典型代表，计算模型见图1。

图1 第5联主梁计算模型图

结构变位或应变校验系数按照CJJ/T 233—2015城市桥梁检测与评定技术规范规定进行计算。

一般情况下，结构变位或应变校验系数应小于1，当大于1时应查明原因，当结果无误时，桥梁结构的承载能力应评定为不满足要求。

测点的相对残余变位按下式计算:

其中，S'P为测点的相对残余变位(应变)，%;SP为试验荷载作用下控制测点的残余变位(应变)实测值;St为试验荷载作用下控制测点的总变位(总应变)测试值。当测点的相对残余变位或相对残余应变大于20%时，应查明原因;当结果无误时，桥梁结构的承载能力应评定为不满足要求。

2.3 试验测试断面及测点布置

选择中间第5联(11号墩～15号墩)为典型代表，试验中选取该联西边跨及中跨进行静载试验，控制截面见图2，进行应变和挠度测试，代表最大正弯矩断面西边跨1—1断面;跨中最大正弯矩代表断面中跨2—2断面;最大负弯矩代表断面3—3:中墩支点应变测试。

图2 测试断面位置示意图

以测试2—2断面为例，其应变测点编号及布置示意图见图3，挠度测点布置图示意图见图4。

图3 应变测点编号及布置图

图4 挠度测点编号及布置图

2.4 试验检测加载

通过理论计算得到各测试断面活载影响线，并由各测试断面影响线按照荷载效应等效及最不利布载原则进行加载车载位布置。第5联中跨2—2断面最大正弯矩工况，加载载位示意图见图5。每个工况分四级加载，按标号顺序依次加载。

图5 2—2断面最大正弯矩南偏载载位示意图（单位：mm）

3 静载检测结果

3.1 试验效率系数

根据CJJ/T 233—2015城市桥梁检测与评定技术规范中相关要求，应满足0.85～1.05，主桥各断面静载试验效率见表1。

表1 第5联静载试验效率系数

由表1可知，本次静载试验效率在1.04～1.05之间，满足CJJ/T 233—2015城市桥梁检测与评定技术规范规定的静载试验效率系数在0.85～1.05的要求。

3.2 荷载效应校验系数

试验荷载作用下2—2测试断面应变实测值、理论值及校验系数见图6。由图6可知，中跨最大正弯矩断面(2—2断面)在试验荷载作用下，应变校验系数在0.60～0.84之间，均小于1，表明该联上部结构主梁当前能够满足设计城—A级荷载的正常使用要求。

图6 第5联2—2断面应变校验系数

试验荷载作用下2—2测试断面挠度实测值、理论值及校验系数见图7。由图7可知，中跨最大正弯矩断面(2—2断面)在试验荷载作用下，挠度校验系数在0.73～0.75之间，均小于1，满足规范要求，表明该联上部结构主梁当前能够满足设计城—A级荷载的正常使用要求。

图7 第5联2—2断面挠度校验系数

3.3 结构相对残余变形

试验荷载下，第5联2—2断面主要应变测点的相对残余应变见图8，第5联2—2断面主要挠度测点相对残余变位见图9。由图8，图9可知，中跨箱梁最大正弯矩断面梁底混凝土应变相对残余变形在6.3% ～11.1%之间，梁底挠度相对残余变形在2.6% ～8.3%之间，应变及挠度相对残余变形均小于CJJ/T 233—2015城市桥梁检测与评定技术规范规定的应变及挠度相对残余变形容许值20%，表明该联箱梁具备良好的弹性回复能力。

图8 第5联2—2断面主要应变测点的相对残余应变

图9 第5联2—2断面主要测点挠度相对残余挠度

3.4 结构刚度检验

在试验荷载作用下，2—2最大正弯矩断面梁底实测挠度最大值及挠跨比见表2。由表2可知，试验荷载作用下，2—2断面梁底挠度实测最大值为3.8 mm，推算至1.05倍设计荷载作用下的挠度为3.0 mm，为跨度的1/10 000，远小于JTG D62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范所规定的L/600允许值，表明在设计城—A级荷载作用下该联箱梁竖向刚度满足设计规范要求。

表2 第5联2—2断面实测最大挠度及挠跨比

4 结语

本文开展了太原市某高架桥主线桥应变、挠度等静态检测试验，试验检测计算了试验效率系数、荷载效应校验系数、结构相对残余变形及结构刚度，得出以下结果:

1)各工况试验荷载作用下，对应控制测试截面应变测点、挠度测点校验系数均满足《城市桥梁检测与评定技术规范》规定的要求，应变、挠度相对残余均小于20%。

2)在正常使用极限状态下，目前所测试高架桥第5联上部结构箱梁能够满足设计城—A级荷载的正常使用要求。