高速公路T梁桥承载能力试验研究

赵柏冬，张 晗，郭东升，褚博琦

(1.沈阳大学，辽宁 沈阳 110044;2.辽宁交通规划设计院有限责任公司，辽宁 沈阳 110005)

0 引 言

T型梁桥截面可以充分发挥混凝土和钢筋的性能，较为轻便，提高承载力且T型梁容易实现预制拼装，施工工期短，施工成本低，因此简支T型梁在广泛应用于我国的公路建设之中。但随着T型桥梁使用时间的不断增加，这种结构形式发生各种不同的病害，其自身承载能力也随之下降。随着现代的路桥行车荷载不断提升，服役时间较长的简支T梁桥已经不足以适应现代车辆荷载的要求。对承载力不达标的T梁采取拆除重建从技术和经济层面都是不可取的。合理的方法是测定桥梁实际承载能力，根据桥梁实际的承载能力，采取维修、加固、拆除重建等一系列措施。荷载试验检测能够直接有效的掌握T梁的实际承载状态，分析得出桥梁结构的各项性能指标，对桥梁进行针对性的加固。

1 工程概况

钓鱼台大桥建成于1996年。跨径布置为3 m×30.0 m+4 m×30.0 m+3×(5 m×30.0 m)+16 m×30.0 m。桥梁全长为1 162.98 m，交角为90°。桥梁的桥面净宽度为10.25 m，桥梁内外侧均设防撞墙，宽度为0.45 m。上部结构为简支预应力混凝土T形组合梁，每孔共6片梁，梁顶现浇12 cm C50混凝土，桥面铺装使用5 cm沥青混凝土。该桥T型组合梁简支端均装配四氟滑板支座。

2 建立模型

查询图纸采用桥梁通用分析软件MIDAS/Civil，计算单元选用空间梁单元，桥梁的上部结构使用C50混凝土。使用MIDAS/Civil导出各控制断面内力影响线，根据影响线加载原理，使用工况优化、合并得到最优的加载试验方案。计算模型见图1。

图1 计算模型图

3 静载试验

3.1 试验原理

对桥跨进行承载力检测最直观最好用的方法就是桥梁静载试验研究，通过试验可以核验工程的施工质量和设计质量。在高速公路桥梁桥面上使用车辆荷载或其他外荷载在试验位置上产生等效的力，测得实验桥在外荷载作用下的应力，应变，挠度等数据，观察裂缝开展情况，汇总校验系数与残余变形等数值，与有限元软件计算出的理论数据结合，判断桥梁实际承载力情况。

3.2 测试截面选择

通过软件计算得出桥梁结构的内力包络图结合桥梁结构的技术状况等，按照桥梁结构的最不利受力原则确定桥梁的最大弯矩、挠度截面。根据分析确定B35-B35为控制截面。

图2 简支梁试验测试截面示意图(长度/mm)

3.3 测点布置

为了满足后期结构计算需要同时提高试验效率，参考桥梁结构分析模拟结果，完成对试验荷载作用下的挠度、应变测点布置。测试截面位置选取见表1，挠度测点分布见图3，应变测点分布见图4，测试截面测点统计如下表所示。

表1 测试截面测点数量

图3 挠度测点布置图(长度/mm)

图4 应变测点布置示意图(长度/mm)

3.4 加载方式

此次试验采用满足设计要求的载重车辆加载，参考相关规范计算得出此次试验的荷载效率η。为了准确描绘出桥梁结构的受力状态，不影响试验数据，避免实验中使桥梁发生额外损害，采用逐级加载的方法进行加载试验。每一级加载卸载要在上一级参数稳定后再继续进行。试验孔加载效率如表2所示。

表2 实验梁试验荷载值与荷载效率值

3.5 挠度结果分析

试验得到桥梁测点处实际挠度值与软件分析计算的挠度值见表3。

表3 挠度数值分析对比表

简支梁工况下，试验孔主梁相对残余变形均低于10%，表明结构处于弹性工作状态。

3.6 应变结果分析

试验采用DH3812采集设备进行采集实验梁B1～B6测点的应变，实验测得的各测点应变值与理论模拟计算得到的应变值对照见表4。

表4 应变数值分析对比表

4 动载试验

4.1 动载试验原理

动载试验是指桥跨在受到外界的环境荷载以及动力荷载激振的作用下促使桥梁受迫振动的现场试验研究。动载试验重点测定试验桥跨自身的频率，振型，加速度，冲击系数等。实测数据通过动力特性试验和动力响应试验测试得出，在此过程中主要对桥梁受迫震动过程中的结构自振频率及冲击系数进行采集，从而得出目标桥跨在受到动力荷载作用下的性能状况。

4.2 动力特性试验

(1)试验内容

此次动载试验使用环境随机激振法进行测试，测试桥梁上部结构竖向弯曲振动特性(频率)。

(2)测点布置

此次试验在被测梁中间位安装一个拾振器进行测试。

(3)实验数据分析

表5 上部结构自振频率检测结果

4.3 动力响应试验

(1)测试截面

选择目标桥跨简支梁1#、2#梁底最大正弯矩截面为测试断面。

(2)测试内容

在无阻滞桥面上，使一辆试验加载车(总重量为37 t)分别以不同的速率匀速驶过桥面，测得桥梁各应变测点的时程曲线。

表6 动载试验测试内容

(3)试验数据

表7 冲击系数结果表

5 结 语

通过对该简支梁桥进行动静载试验，可以得出一些结论。

(1)本次荷载试验对目标桥梁某一孔采取了静力荷载试验检测，简支梁静载试验效率为1.04，满足规范要求。目标孔简支梁跨中最大正弯矩控制断面的重要测点的挠度和应变校验系数<1，由此得出桥梁服役状态良好。

(2)试验荷载作用下，目标孔简支梁控制截面的实测挠度和应变与其理论值线性相关，且实测相对残余变形和相对残余应变<20%，结构处于线弹性工作状况。本次加载过程中均未产生新裂缝或结构裂缝超限且闭合状况不良情况。

(3)试验孔第一阶自振频率实测值大于理论值，实验表明实验孔桥梁的刚度良好，桥梁实际刚度大于理论刚度。试验孔桥梁结构在车速10～60 km/h行车作用下冲击系数实测值小于理论值，反应结构在各级车速行车作用下结构动力增大效应均小于理论状况。