装配式预应力混凝土连续箱梁桥单梁静载试验研究

乔兴月

（廊坊市燕赵交通勘察设计有限公司，河北 廊坊 065000）

0 引言

随着我国交通基础设施行业的迅速发展，桥梁工程作为基础设施建设中至关重要的一个部分，其建设质量直接影响着桥梁结构安全。静载试验作为桥梁安全性能评价的一种最直接的方法，能够将真实车辆现场加载条件下实测得到的桥梁结构应力、变形等与桥梁实际结构有限元建模分析得到的理论数据进行对比，能够真实准确地展现桥梁的实际工作状态，从而评价桥梁质量及其承载能力[1-3]。本文以京德高速霸州段连接线工程百米渠大桥为研究背景，在预制梁场选取一片箱梁进行单梁静载试验，为装配式预应力混凝土连续箱梁桥的后续施工及运营提供参考依据。

1 工程概况

百米渠大桥总长106m，跨径组合为4×25m 装配式预应力混凝土连续箱梁。桥面总宽为34m，桥面横向布置为：双幅0.525m （护栏） +15.225m （行车道） +0.525m（护栏），上下行两幅桥净距1.45m。该桥与百米渠相交的实际角度为100°，桥面横坡为双向2%，纵断面纵坡-0.22%。墩台径向布置。桥墩采用柱式墩，钻孔灌注桩基础；桥台采用柱式台，钻孔灌注桩基础。设计荷载：公路-I级。桥梁立面布置如图1所示。

图1 桥梁结构立面布置图（单位：cm）

2 静载试验

新建桥梁静载试验主要通过现场静载试验，测试梁体的应力及挠度值，然后将实测应力值、挠度值与理论值进行对比分析，从而评价桥梁的建设质量和承载能力。本文在新建桥梁预制梁场随机抽取一片预应力混凝土箱梁进行静载试验，验证预制箱梁的刚度、强度、抗裂性是否满足设计要求[4-5]。

2.1 有限元模型建立

根据桥梁现场实际情况，利用有限元分析软件Midas Civil 建立预制箱梁模型，主要采用梁单元建立上部结构，通过在支座位置施加各向约束代替下部结构的支撑作用。在桥梁模型上施加设计荷载，分析在荷载作用下的弯矩图及挠度图确定控制截面的位置[6]。通过有限元结构分析软件，得到在各级荷载作用下的各测点应变及挠度理论值，然后与现场实测值进行对比分析，有限元模型图如图2所示。

图2 单梁有限元模型图

2.2 测点布置

静载试验是通过桥梁在承受车辆荷载作用下应力及挠度的变化情况进行评价。本次单梁荷载试验测点在预制箱梁的L/4、L/2、3L/4 处截面梁底均布设挠度及应变的测点，同时对跨中腹板布置4个测点测试沿梁高的应变变化情况，测点布置如图3所示。

图3 跨中截面沿梁高应变测点布置图（单位：mm）

2.3 试验荷载效率

根据桥梁结构分析结果，本次试验梁控制截面处的荷载效率如表1所示。

表1 试验荷载效率

2.4 加载过程

本次试验选取的加载设备由千斤顶、加载梁、分配梁及临时支撑共同组成。加载梁由龙门吊支撑，其中靠近试验梁的一端，通过千斤顶施加荷载作用于试验梁上，形成一个单梁荷载试验加载系统，加载设备如图4 所示。本次试验的加载采用分级加载的方法进行，按照20%、40%、60%、80%、100%的荷载分五级加载。每级加载稳定时间为15min，然后记录测试数据进行下一级加载[8]。

图4 加载设备示意图

3 试验结果分析

3.1 挠度测试分析

由表2、表3 及图5 可知，在各级荷载作用下预制箱梁的各测点位置挠度校验系数在0.56～0.75 之间，符合规范中预应力混凝土梁桥校验系数小于1的规定，最大相对残余变形为12.07%，小于20%，满足《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01—2015）的相关要求。通过对预制箱梁的单梁静载试验挠度测试结果分析可以得知，该片箱梁的刚度较好，恢复变形能力较强[7]。

表2 箱梁各截面挠度测试结果 单位：mm

表3 箱梁各截面挠度校验系数

图5 箱梁各截面挠度对比图

3.2 应变测试分析

由表4、表5 及图6 可知，在各级荷载作用下预制箱梁的各测点位置应变校验系数在0.65～0.72 之间，符合规范中预应力混凝土梁桥校验系数小于1的规定，最大相对残余变形为12.92%，小于20%，满足《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01—2015）的相关要求。通过对预制箱梁的单梁静载试验应变测试结果分析可以得出，该片箱梁结构受力情况较好，卸载后具有较好的弹性恢复能力[8]。

图6 箱梁各截面应变对比图

表4 箱梁各截面梁底应变测试结果（με）

表5 箱梁各截面梁底应变校验系数

由图7 可知，试验梁在满载时跨中截面沿梁高各测点的实测值基本呈线性分布，符合平截面假定，实测中性轴位置与计算位置基本相符[9]。

图7 箱梁满载时跨中截面沿梁高应变分布图

3.3 裂缝观测分析

在静载试验前、试验中及试验后均对预制箱梁的外观病害进行检查，重点检查是否有裂缝出现。试验前、试验中及试验后对预制箱梁的腹板、底板、翼缘板分别进行检查，均未发现裂缝。说明该预制箱梁在荷载作用下不会产生裂缝，满足抗裂性要求，具有一定的安全储备，可应用于实际工程中。

4 结语

本文通过对预应力混凝土简支转连续箱梁桥的单梁静载试验分析，主要得到以下结论：

（1）试验箱梁各测试截面在各级荷载作用下的实测挠度值均小于理论计算值，且各测点的挠度校验系数在0.56～0.75 之间，相对残余变形在7.24%～12.07%范围内，均满足相关规范要求。表明该箱梁的竖向刚度满足要求且具有较好的恢复变形能力。

（2）试验箱梁各测试截面在各级荷载作用下的实测混凝土应变值均小于理论计算值，且各测点的应变校验系数在0.65～0.72之间，相对残余变形在10.94%～12.92%范围内，均满足相关规范要求。表明该箱梁的各截面强度满足设计要求且卸载后有较好的弹性恢复能力。

（3）试验箱梁在加载过程中，均未发现有裂缝产生。通过对该试验梁单梁静载试验结果及试验过程外观检测分析可以得知，试验梁的刚度、强度及抗裂性均满足设计要求，该预制箱梁可应用于实际工程中。