拓宽桥梁受力性能及静载试验

高彦滢 马安财

（1.甘肃省平凉公路局崆峒公路管理段，甘肃平凉 744000；2.甘肃交通职业技术学院，甘肃兰州 730070）

随着社会经济的飞速发展，对提升公路与桥梁通行能力的要求越来越高，早期修建的公路由于路面太窄或桥梁承载能力偏低等，已不能满足目前交通使用需求，为改善通行能力，需要对道路进行加宽、对桥梁进行拓宽。在对道路进行加宽的过程中，桥梁的拓宽最为关键，拓宽后桥梁的实际承载能力能否满足设计和使用要求，须通过试验分析验证。桥梁荷载试验是检验桥梁承载能力的重要手段。通过测试桥梁结构在试验荷载作用下控制截面的应力/应变、挠度和裂缝等参数，评价桥梁的实际承载能力，新桥的荷载试验由于旧桥对其约束，受力特性一版与不考虑加宽的有所不同。本文以青兰高速公路平凉至定西段平凉西收费站广场拓宽改造桥梁为研究对象，通过内力分析，研究了既有部分对新建部分桥梁的内力及变形性能的影响以及影响规律，并通过现场静载试验研究了桥梁的承载能力、整体刚度，对桥梁结构的受力性能进行总体评价，为该桥梁今后运营阶段的维修养护提供依据。

1 工程概述

青兰高速公路平凉至定西段平凉西收费站广场拓宽改造桥梁，原桥于2011年12月建成通车，加宽段于2014年12月完成。旧桥上部采用1～20 m预应力混凝土简支箱梁，宽度为12.50 m，斜交角为20°。拓宽段位于旧桥左侧，上部与原桥保持一致，采用1～20 m预应力混凝土简支箱梁，拓宽宽度变化范围为12.6～13.4 m间。拓宽后，桥梁设计荷载与原桥保持一致，为公路Ⅰ级，新旧桥通过湿接缝浇筑连接。

拓宽桥梁桥面横截面如图1所示。

图1 拓宽桥梁横截面（单位：cm）

2 考虑旧桥部分对新拓宽桥梁受力性能影响

为了分析旧桥对新拓宽桥梁横向影响大小及规律，分别按照工况1和工况2两种情况计算了新拓宽部分在不考虑旧桥横向影响和考虑旧桥横向影响的情况下主梁跨中截面的弯矩和挠度。

旧桥对计算结果的影响如表1所示。

表1 旧桥对计算结果的影响

由表1可知，主梁跨中截面弯矩，由偏载时的偏差从1号梁的2.8%减小到4号梁的23.7%，中载时，其偏差从1号梁的4.2%减小到4号梁的25.7%。考虑旧桥影响时，主梁弯矩均是减小的，并且距离旧桥越近，偏差越大，内力减小越明显。因此，旧桥梁对新加宽桥梁的受力和变形方面具有明显影响，越靠近旧有桥梁的梁片，其影响越明显，说明在进行拓宽部分桥梁的有限元模型分析时，需要考虑旧桥的影响。

3 静载试验方案

3.1 试验工况确定

为评价拓宽改造后结构的承载能力和工作性能，对该桥进行了静载试验，主要测试拓宽部分在试验荷载作用下各梁跨中应变和挠度，用于评价桥梁结构的实际承载能力，评价桥梁加宽改造效果。

按照梁格理论采用空间梁单元建立了桥跨结构空间有限元分析模型，桥梁截面尺寸根据设计图纸给定的尺寸确定，材料强度按设计资料及规范取用。

根据规范[1]确定了两种加载工况，工况1为跨中最大正弯矩偏载加载，工况2为跨中最大正弯矩中载加载。

按照按内力等效原则，采用3辆总重300 kN（60 kN+120 kN+120 kN）的3轴自卸车模拟集中荷载进行等效加载。

各工况加载效率如表2所示。

表2 静载试验加载效率

由表2可知，加载效率系数满足在0.95～1.05的规定，所拟定的加载工况和车辆布置方式加载有效。

3.2 测点布置

测试控制截面为主梁的跨中截面，在新拓宽部分控制截面（跨中）的4片梁底布置挠度测点和纵向应变测点，在各片梁梁端支撑线截面各布置1个挠度修正测点。

4 静载试验结果及分析

试验过程中分3级进行加载，分别记录了各工况在各级加载及卸载稳定后桥梁控制截面的挠度和应变，观测新、旧梁体浇筑部位及主梁控制截面混凝土裂缝产生以及扩展的情况。分析实测数据和理论数据，计算变形的弹性值、相对残余值和校验系数。

4.1 挠度分析

最大试验荷载作用下主梁最大挠度实测值为3.50 mm，计算跨径为19.5 m，实测最大挠度/计算跨径＝1/5 571，小于计算跨径的1/600规定。说明结构在试验荷载作用下，各片梁板的刚度满足正常使用要求。

各工况下实测应变均小于理论应变，应变效验系数分布在0.53～0.70，均小于1.0。实测应变的分布趋势与理论计算值的分布趋势基本一致，挠度测试值变化规律与理论值吻合良好。试验荷载作用下，各片梁板的应变相对残余变形较小，相对残余挠度的最大值为6.8%（工况1），小于20%的规定。挠度测试结果说明桥跨结构整体变形状况良好，结构静力刚度满足设计要求，桥梁结构处于线弹性工作状态。

各片梁板挠度测试结果即计算分析如表3所示。

表3 各片梁板的挠度测试结果及计算分析

4.2 应变分析

各工况下实测应变均小于理论应变，应变效验系数分布在0.63～0.74之间，均小于1.0；实测应变的分布趋势与理论计算值的分布趋势基本一致，应变在横桥向分布较均匀；试验荷载作用下，各片梁板的应变相对残余变形较小，残余比最大值为6.9%（工况2），小于20%的规定。应变测试结果说明结构在试验荷载作用下处于线弹性工作状态，有一定的结构安全储备，结构安全。

4.3 裂缝观测

在各个工况试验荷载的作用下，新、旧梁体浇筑部位及梁体混凝土均未出现可视裂缝，表明梁抗裂性能基本满足设计要求。

5 结语

本文研究了拓宽桥梁旧部分对新建部分内力及变形性能的影响以及现场静载试验。旧桥梁对新加宽桥梁的受力和变形方面具有明显影响，越靠近旧桥梁的梁片，其影响越明显，说明进行拓宽部分桥梁有限元模型分析时，需要考虑旧桥梁的影响。通过荷载试验表明，新拓宽桥梁的实际承载能力、整体变形性能和抗裂性能满足设计和规范要求。