预应力混凝土现浇箱梁弯桥荷载试验分析

陈锡波

（贵州桥梁建设集团有限责任公司,贵州 贵阳 550001）

0 引言

桥梁作为城市交通的重要要素构成，为适应桥梁造型美感、桥梁与周围建筑物、构筑物协调性要求，弯桥不断应用于城市桥梁工程。相较于常规直桥结构，弯桥可有效适应城市线路整体走向，保证城市交通线路通行能力、通行效率[1-4]。但由于桥体线形、结构较为复杂，其结构受力作用下发生轻微翘曲和扭转变形，在荷载作用下，都会承受一定弯矩和扭矩作用，且两种作用之间存在相互影响，使梁体长期承受弯扭耦合作用[5-6]。基于此，该文以实体工程为依托，利用荷载试验分析预应力混凝土现浇箱梁弯桥受力特性，对保证桥梁结构稳定具有重要意义。

1 工程概况

某桥梁为城市桥梁，全长3×30=90.0 m，宽25 m，桥位处线路位于半径R=500 m 道路曲线及缓和曲线，故采用弯桥结构适应线路整体走向。桥址处地势整体平坦，呈西南高、东北低缓倾斜。

桥梁上部结构采用现浇预应力箱梁结构，主梁采用单箱四室断面，外腹板与顶板间设置半径3.5 m 圆弧过渡，与底板间设置0.6 m 的圆弧倒角。端横梁、中横梁厚度分别为1.5 m、2.8 m。边缘翼缘长度随线路线形、宽度变化相应调整。梁体采用C50 混凝土，按A 类预应力混凝土构件设计，荷载采用城市-A 级。

2 静载试验

为验证桥梁在最不利工况下受力性能可靠性，在现场考察的基础上，优先选择施工阶段存在瑕疵、结构受力最不利、结构技术状况相对较差结构部位开展静载试验。为便于静载试验开展，对拟定上述不利工况桥跨结构进行进一步剔除，找出便于施加荷载、布设测点桥跨为最终试验跨。为保证桥梁受力结构分析可靠性及适用性，选择当前最为广泛的Midas/Civil 有限元分析软件，对桥梁进行静力理论计算[7]。桥梁静载试验表见表1。

表1 桥梁试验表

2.1 有限元分析

在Midas/civil 软件中，建立试验梁模型，见图1。按城市-A 级荷载标准，分析桥梁荷载效应，桥梁活载弯矩效应图见图1。

图1 活载弯矩效应图（单位：kN·m）

2.2 试验荷载

静载试验应以保证结构安全为前提，严格控制施载位置及载荷大小，一般静载试验效率系数:

式中，ηq——静载试验荷载效率系数；Ss——试验荷载作用下，测试位置最大变位；S′——设计荷载作用下，测试位置最大变位；μ——设计取用的动力系数。

由于桥梁在荷载效应下，容易引起结构破坏，为保证桥梁结构整体性能，选择边跨及中跨最大正弯矩偏载、中载测试工况为研究重点，对结构受力性能展开研究，见表2。

表2 活载弯矩效应表 /kN.m

2.3 测点布置

（1）试验仪器。应力应变测试选用振弦式应变计；挠度测试选用精密水准仪和百分表。

（2）应力应变测试。为准确测定箱梁跨中梁底各节点应变情况，在底板、腹板与底板和顶板交界处各设置2个测点。

（3）挠度测试。为准确测定桥跨箱梁各节点挠度应变情况，将竖向挠度测点设置在各箱梁中心线和两个支座断面位置[9]。

2.4 测试规则

该次试验采用加载车加载，单车标准荷载约450 kN，拟分三级加载，每一级加载梯度为两辆，共需6 台加载车。

（1）静力加载持续时间：由测点处结构达到最大应变且保持稳定所用时长决定，实际测试中应在15 min 以上。

（2）终止加载条件：1）因加载超载造成结构破坏，影响结构安全，如结构出现多处开裂且宽度超出允许值，或引起原结构裂缝急剧发育，裂缝长度、宽度明显增加；2）加载超时或引起桥梁其他破坏。

3 试验结果与分析

通过整理分析现场试验所测得的各应力应变测点、挠度测点测试数据，可得到各工况下结构应变、挠度变化情况。在最不利荷载效应下，梁体整体结构实测应变性能与理论应变性能对比见图2；梁体整体结构实测挠度数据与理论值对比见图3。

图2 最不利应变梁体测试结果对比图

图3 连续梁挠度测试结果对比图

（1）由图3 可知：1）试验桥跨结构应变理论值、实测值变化趋势基本吻合；2）在不同受力工况下，各测点应变随加载增加而增大，基本呈线性发展；3）工况1 为结构最不利受力状态，此时1#梁3-4 号测点处出现最大应变，实测值为148 με，理论值应变值为187 με。

（2）由图4 可知：1）试验桥跨结构挠度变化理论值、实测值变化趋势基本吻合；2）在不同受力工况下，各测点挠度变化随荷载增加而增大，基本呈线性发展。

（3）综合图3、4 及以上分析可知：1）桥梁边跨受偏载工况为最不利受力状态，边跨跨中在偏载作用下，结构应变校验系数、挠度校验系数分别为0.780、0.739，均小于1，表明结构受力特性良好，承载力符合设计要求；2）结构残余应变与加载应变之比最大值为0.139，残余挠度与加载挠度之比最大值为0.111，均小于0.2，表明结构在试验加载工况下未发生明显破坏，回弹性能良好。

4 结论

该文依托具体工程，运用现场试验和有限元分析的方法，研究了预应力混凝土现浇弯桥受力特性，结论如下：

（1）在不同加载作用下，测点处实测应变、挠度均随加载增加而线性增加，且结构应变、挠度理论值、实测值变化趋势基本一致，表明理论分析结果较为可靠，可为结构受力状态评价提供依据。

（2）试验桥跨最不利受力状态为边跨跨中偏载作用工况，此时最大应变出现在1#梁3-4 号测点处，实测值为148 με；最大挠度出现在桥梁1/2 跨中位置，实测值为11.648 mm，应变校验系数、挠度校验系数分别为0.780、0.739，均小于0.8，表明桥梁结构受力特性、安全性能良好。

（3）试验桥跨在最不利工况下，结构残余应变与加载应变之比、残余挠度与加载挠度之比最大值均小于0.2，表明桥梁在此工况下结构仍为弹性受力状态，结构回弹性能良好。