简支T梁桥承载能力静载试验分析

朱 毅

（山西交通控股集团有限公司 运城北高速公路分公司，山西 运城 044000）

早期建成通车的桥梁，在长期运营使用后，桥梁结构出现了梁体开裂、接缝破损、支座变形损坏等质量问题，使桥梁结构破坏，从而降低桥梁的承载能力[1]。采用静载试验在加载过程中对梁体的应变（应力）和挠度进行检测，与设计理论值对比分析确定桥梁的承载能力[2]。根据侯平高速公路年下沟大桥养护维修实践，结合定期检查评定该桥等级为“三级”，制定静载试验方案对梁体应变和挠度进行检测，分析检测数据的结论作为评价桥梁承载能力、制定加固方案的主要依据。

1 简支T梁基本情况检查

1.1 桥梁简介

侯平高速公路年下沟大桥，设计全长159.36 m，中心桩号为K20+200，于2006年建成通车。桥梁上部结构设计采用3×50 m预应力混凝土简支T梁，下部结构采用钻孔灌注桩，空心薄壁墩设计。年下沟大桥分左右两幅，桥梁设计宽度为27 m，左右幅桥面净宽12.25 m，左右幅净距为0.5 m。桥梁设计按公路-Ⅰ级标准设计，抗震要求按8度设计。

1.2 简支T梁外观检查结果

按照日常养护工作安排，对年下沟大桥进行定期检查。经检查，T梁外观轮廓基本顺直清晰，但表面粗糙有浮浆现象，局部有蜂窝麻面。检查中发现桥梁T梁表面局部存在开裂现象，个别裂缝深度较大，桥面局部出现了块状裂缝。左右两幅桥梁T梁共发现63条竖向裂缝，总长度为62.6 m，其中裂缝最大宽度为0.18 mm；发现75条纵向裂缝，总长度为301.1 m，其中裂缝最大宽度为0.2 mm。另外，桥梁支座有开裂、破损、剪切变形、脱空和钢板锈蚀现象，墩帽发现一条长1 m、最大宽度为0.1 mm的裂缝。根据《公路桥涵养护规范》（JTG 5120—2021）与《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21—2011）中的相关规定，将年下沟大桥评定为“三类”桥梁。

2 简支T梁桥静载试验方案

为了确定年下沟大桥的承载能力，拟采用静载试验对桥梁在荷载作用下的应力（应变）和挠度变化情况进行统计分析[3]。桥梁承载能力检测应主跨检测，本文选择第二跨作为试验跨。静载试验时间选择在夜间进行，试验期间温度变化控制在2.2℃～3.5℃之间，进而降低温度对试验结果的影响。静载试验采用汽车加载，加载汽车在试验前过磅称重。试验前对施工路段进行封闭，禁止一切车辆和无关人员通行。对试验仪器进行检查，调零后进行第一次空载读数。试验汽车停放在指定位置后，稳定20～30 min读数。每辆试验汽车总重量 300 kN（前轴 60 kN，两个后轴各120 kN），分4级加载，每辆车为1级，一共4辆试验汽车，加载步骤如图1所示。静载试验分为中载和偏载两种工况：中载工况沿桥梁纵向跨中截面的正弯矩和挠度最不利位置布载，横桥向为两车中载；偏载工况沿桥梁纵向跨中截面的正弯矩和挠度最不利位置布载，横桥向为两车偏载。试验汽车沿桥梁横向加载位置如图2所示。

图1 各试验工况加载顺序（按①～④顺序加载，单位：cm）

图2 试验汽车沿桥梁横向加载位置（单位：cm）

3 简支T梁静载试验结果分析

3.1 简支T梁挠度检测结果分析

选取试验跨（第二跨）5片T梁挠度检测数据作为研究对象，测点位置为跨中、L/4跨、3L/4跨和两端支座位置，1 号 T 梁纵向测点编号为 1、2、3、4、5，5 号T 梁纵向测点编号 1'、2'、3'、4'、5'，跨中截面测点为3、3'、6、7、8，共计 13 个测点，测点布置如图 3 所示。

图3 试验跨挠度测点布置示意图

简支T梁挠度测量采用精密水准仪，中载和偏载两种工况下挠度测量结果如表1和表2所示，挠度向下为正，向上为负[4-5]，挠度检测结果已考虑支座变形。绘制两种工况下各梁跨中截面挠度变化曲线如图4和图5所示。

图4 中载工况各梁跨中截面挠度变化曲线

图5 偏载工况各梁跨中截面挠度变化曲线

表1 中载工况试验跨挠度检测结果

表2 偏载工况试验跨挠度检测结果

分析上述图表数据和曲线变化情况，在4级加载后，中载和偏载工况下各梁跨中截面和梁体纵向挠度实测值与理论值十分接近，校验系数均超过0.9，桥梁挠度变形较大，说明梁体刚度较小，应进行加固。

3.2 应变检测结果分析

简支T梁应变测点布置在试验跨控制截面，通过布置电阻式应变片进行应变测量，偏载工况下测点布置如图6所示，中载工况测点呈对称布置，共计14个测点，如图7所示。在偏载工况进行试验加载，对各测点应变值进行检测，试验过程中采用tds-530静态数据采集仪收集数据，应变检测结果如表3所示。

图6 偏载工况梁体应变测点布置示意图

图7 中载工况梁体应变测点布置示意图

表3 试验跨各测点应变检测结果

分析表3所列应变检测数据，4级加载后各梁体应变实测值与理论值接近，其中1号梁、2号梁应变接近理论值，校验系数也超过了0.9，说明梁体在荷载作用下变形较大。另外，在卸载后残余应变较小，说明梁体仍处于弹性工作范围。结合中载工况下的试验结果，得出的结论与偏载工况一致。

3.3 简支T梁静载试验结果分析

结合上述静载试验T梁应变和挠度检测结果，实测值与理论值十分接近。另外，由于简支T梁表面存在大量裂缝，对试验结果产生了一定影响，造成检测结果没有呈现明显的线性规律。T梁上部各测点应变实测值呈现明显的直线规律，说明梁体刚度产生了一定幅度的下降，刚度不足。各测点在卸载后残余变形很小，说明梁体仍处于弹性工作范围。总之，根据加载跨静载试验结果，可以得出年下沟大桥简支T梁在设计汽车荷载作用下仍处于弹性工作范围，应变和挠度检测结果接近或超出设计值。结合梁体外观检测结果，得出该桥简支T梁承载能力已不能满足设计要求，应采取措施进行加固。

4 简支T梁加固效果分析

在不改变原有桥梁的基础上，对年下沟大桥进行加固和维修。简支T梁采用贴钢板加固，凿除破损严重的桥面铺装层，重新施作，对桥梁伸缩缝、支座等进行更换。加固后采用同样的试验方法开展静载试验，各简支T梁梁体跨中截面梁底应变检测结果如表4所示。

表4 加固后简支T梁梁底应变检测结果

分析表4所示梁底应变检测结果，得出梁底应变最大值出现在 1号梁梁底，为 185 με，与理论值327 με相差较大，卸载后残余应变最大值为 2 με，说明加固后桥梁梁底应变明显下降。根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21—2011）中的相关要求，预应力混凝土桥校验系数在0.6～0.9之间，满足规范要求。结合梁体挠度检测结果，桥梁外观裂缝发展得到了有效抑制，说明加固后主梁刚度和桥梁承载能力得到了明显提高。

5 结语

基于侯平高速公路年下沟大桥养护维修工程实践，根据桥梁定期调查结果制定静载试验检测方案，分别在中载和偏载工况下对梁体挠度和应变进行检测，有针对性地制定了加固方案，并在加固后开展试验，分析试验数据得出以下结论：

a）试验梁挠度实测值与理论值接近，个别测点实测值十分接近理论值，说明梁体刚度明显下降，但卸载后残余应变较小，说明梁体仍处于弹性工作范围。

b）试验梁应变实测值十分接近理论值，在荷载作用下变形大，应进行加固处理。

c）采用贴钢板加固的方式对T梁进行加固，加固后梁体应变、挠度明显下降，梁体表面裂缝也得到了有效控制，说明加固后桥梁承载能力有效提高，达到了预期效果。