波形钢腹板组合箱梁荷载试验研究*

杨 芳 ，寇 刚 ，杨 玲 ，马 奔 ，程 实

1.中联西北工程设计研究院有限公司，陕西 西安 710077

2.陕西恒通工程咨询有限责任公司，陕西 西安 710068

3.西安航天神舟建筑设计院有限公司，陕西 西安 710077

4.西安市政设计研究院有限公司，陕西 西安 710068

桥梁荷载试验作为一种比较直观的评定方法，在我国桥梁发展中起着重要作用。文章以一座典型山区高速公路桥梁为例，给出了波形钢腹板组合箱梁荷载试验方法，为同类桥型的试验检测及推广应用提供了一定的借鉴。

1 工程概述

某天桥上跨省级高速公路，桥梁全长66.16m，桥面宽度为5.5m，上部结构尺寸为2m×30m波形钢腹板PC组合现浇箱梁，桥墩采用柱式墩，桩基础。桥梁横断面按0.5m（护栏）+4.5m（行车道）+0.5m（护栏）布置。桥梁设计荷载等级为公路-Ⅱ级。

2 荷载试验方法

2.1 测点布置

经分析，在第1跨0.4L截面布置4个挠度测点及5个应变测点，在1号墩支点截面混凝土板底内部布置5个应变测点。应变片和挠度观测点的具体位置和编号如图1、图2所示。

图1 混凝土应变测点布置图（单位：cm）

图2 挠度测点布置图（单位：cm）

2.2 加载车辆参数

采用2辆重车加载，为保证加载的准确性，在试验前对加载车辆（车重+载重）进行过磅，并对每辆加载车的前轴与中轴间距及中轴与后轴间距进行量测，技术参数如表1所示。

表1 加载车辆参数 单位：kN

2.3 加载效率

设计荷载为公路-Ⅱ级，试验荷载采用2辆重车加载，该试验各工况加载效率均为1.03，满足规范要求，试验加载有效。

2.4 加载工况

在桥跨结构处于最不利的荷载情况下加载，分为中载和偏载，桥梁的静载试验按以下工况进行：（1）工况1、2。第1跨跨中正弯矩最不利截面，加中、偏载。（2）工况3、4。1号墩墩顶处负弯矩最不利截面，加中、偏载。

2.5 理论计算

采用有限元分析方法对桥梁受力状况进行建模分析，共划分为60293个节点，53419个单元，节点划分及结构离散图如图3所示。

图3 局部有限元模型

3 试验结果与分析

根据各工况下车辆荷载在模型上的空间位置，解出试验荷载作用下各梁的挠度和应力。

（1）挠度测试结果。该挠度测试共加载4次，每个工况2次，挠度实测值为2次加载所测的平均值。由挠度计算结果可知，在荷载作用下，工况1作用下第1跨0.4L截面的最大挠度为7.205mm，工况2作用下第1跨0.4L截面的最大挠度为7.7mm，符合中、偏载下挠度规律。主梁在荷载作用下，各点的挠度实测值均小于计算值，远小于规范限值，相对残余变位在20%之内，工况1、2作用下第1跨0.4L截面挠度的校验系数均值分别为0.47和0.47，表明桥梁结构整体刚度较大，受力状况良好。

（2）应变测试结果。应变测试共加载8次，每个工况2次，应变实测值为2次加载所测应变的平均值。由ANSYS计算应变结果可知，在荷载作用下，混凝土底板应变最大，工况1作用下0.4L截面纵桥向应变最大为82，工况2作用下0.4L截面纵桥向应变最大为88，工况3墩顶截面附近纵桥向应变最大为53，工况4墩顶截面附近纵桥向应变最大为55，符合中、偏载下应变计算值规律。应变实测值与试验荷载作用下应变计算值的比较结果如图4～7所示。各测点的应变实测值均小于计算值，相对残余应变在20%以下，工况1、2作用下第1跨0.4L截面应变的校验系数均值分别为0.48和0.45，工况3、4作用下1号墩顶截面应变的校验系数均值分别为0.43和0.45，应变校验系数满足要求，说明结构处于弹性工作范围，且有一定的安全储备。

图4 工况1应变比较图

图5 工况2应变比较图

图6 工况3应变比较图

图7 工况4应变比较图

4 结论

（1）该试验各工况加载效率均介于0.95～1.05，满足规范规定，加载合理有效。

（2）试验荷载作用下，测试截面实测挠度、应力均小于理论值，波型钢腹板桥梁受力性能良好，结构刚度、强度满足设计要求。

（3）试验桥梁结构刚度、强度满足规范要求，在各工况试验荷载作用下测试断面未发现裂缝及异常变形，表明该桥设计、施工安全可靠，承载能力满足规范要求，能为后续同类桥梁的建设提供参考。