考虑铺装层厚度的桥面连续预应力空心板桥荷载试验方法

林颀栋，徐思阳，赵佩勋，陈康锋，边津斐

（1.宁波市交通建设工程试验检测中心有限公司，浙江 宁波 315124；2.宁波甬桥工程科技有限公司，浙江 宁波 315100）

0 引言

桥梁荷载试验作为对桥梁结构工作状态的一种评估手段，可以为桥梁的继续安全使用、养护、加固、改建或限载提供科学的依据。目前随着测试技术的不断发展，桥梁结构的养护体系也在日益完善。

本文考虑桥面板厚度对桥面连续的预应力混凝土空心板桥进行建模计算，确定桥梁荷载试验的加载工况和加载方案，进而评估桥梁结构的承载能力，可为同类桥梁结构的承载能力评估和建模计算提供参考。

1 工程概况

杭州市某城-A 级单幅三跨桥面连续预应力混凝土空心板简支梁桥，桥梁总长39m，跨径布置为13m+13m+13m=39m。桥宽为20.5m，横向布置为0.25m（北侧栏杆）+3m（北侧人行道）+14m（机动车道）+3m（南侧人行道）+0.25m（南侧栏杆）。桥面铺装沥青混凝土，桥面混凝土铺装层厚度为10cm。上部结构为预应力混凝土空心板，板梁高为0.6m，宽为1.25m；下部结构为桩柱式桥台，如图1所示。

图1 预应力空心板桥立面（单位：cm）

2 有限元建模及分析

采用Midas Civil 进行梁格法建模，铺装层厚度按照10cm考虑，如图2所示。

图2 预应力空心板桥有限元模型

按照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2015）分析要求，对桥梁结构车道面进行横向、纵向车道荷载施加，将7#板跨中和3#板跨中分别作为中载和偏载的控制截面。同时，根据Midas 计算结果，可得桥梁基频为8.23Hz。

3 静载试验

3.1 静载试验工况及测点布置

测试项目为挠度、应力和裂缝，共分为2 种工况，如表1所示。

表1 静载试验测试工况

由于是跨径相同的三跨预应力混凝土空心板简支梁桥，故选择13m边跨进行荷载试验，采用在跨中梁底布置应变片的方式进行应力测试，在跨中、四分点和支点位置采用百分表进行挠度测试，各截面共布置32个应变测点和20个挠度测点。

3.2 加载方案

静载试验采用4 辆35t 的重车进行加载，加载采用等效内力法，加载前先进行预加载，使结构进入正常工作状态，消除结构的非弹性变形。各种工况的加载布置如图3～图4所示。为了获得结构试验荷载与变位关系曲线，加载分为3级逐级施加。

图3 中载加载示意

图4 偏载加载示意

各级加载效率如表2 所示，《城市桥梁检测与评定技术规范》（CJJ/T 233—2015）规定静载效率系数一般控制在0.95～1.05，由表2 可知中载试验的加载效率为0.96，偏载试验的加载效率为0.95，均满足规范要求。

表2 试验跨控制截面静载试验荷载效率系数

3.3 试验结果及分析

通过进行静载试验，整理不同工况下的应力、挠度的实测值、卸载残余值、理论计算值、校验系数，输出控制截面的挠度和应变数据，结果如表3～表4 所示，“-”表示挠度向下，“+”表示挠度向上，图5～图8为各测点的残余应变和校验系数。

图8 应变校验系数

表3 控制截面测点实测挠度 单位：mm

表4 控制截面测点实测应变με

图5 残余挠度

图6 残余应变

图7 挠度校验系数

分析可知，各工况加载作用下的校验系数最大值为0.97，各工况加载作用下的相对残余最大值为18.47%，满足规范要求，结果表明，结构整体处于弹性状态工作，挠度和应变在卸载后能够较好恢复。

4 动载试验

4.1 动载试验工况及测点布置

动载试验是对桥梁施加激振力而使桥梁发生振动，测得相应的振动信号，分析结构的动力特性和动态响应，动载试验测试项目主要包括：脉动试验、行车试验、跳车试验。无障碍行车试验工况分为20km/h,30km/h,40km/h三种工况。

冲击系数测试的断面为静载试验断面的桥跨梁底面，测点布置在4#和5#梁板底部，桥梁脉动试验沿桥梁两侧缘石边缘布置竖向传感器测点，测点布置在桥面四分点和跨中，桥梁跳车试验测点沿桥梁两侧缘石边缘，布置在桥面跨中。

4.2 试验结果及分析

试验时，在桥面无任何障碍的情况下，让重车以20km/h、30km/h、40km/h 匀速通过测试桥跨，测定不同速度下的振动频率、阻尼比和冲击系数，见表5。

表5 动载试验实测值与理论值比较

通过对测试数据的分析可以发现，一阶竖向振动频率实测值为10Hz，大于计算值8.23Hz，表明所测结构实际刚度大于理论刚度。根据规范可以计算得到理论冲击系数μ=0.36，实测冲击系数均小于理论冲击系数，说明该桥的动力性能良好。

5 结论

本文运用有限元软件Midas Civil 对检测桥梁进行建模分析计算，将实测试验数据与数值计算结果加以对比分析，对整座桥梁的实际承载能力作出评价，得出如下结论：

（1）在考虑桥面板厚度情况下，各试验工况各测点的应力、挠度实测值均小于理论计算值，表明荷载试验过程中结构的工作性能达到设计要求。

（2）通过静载试验，证明该桥具有一定的安全储备，主梁弹性状态满足要求。通过动载试验，说明桥梁的实际刚度满足设计要求，该桥具有良好的动力性能。

（3）有限元分析结果与实测结果的校验系数满足相关规范要求，证明该方法进行桥梁荷载试验的正确性。