预应力混凝土箱梁静载试验与分析研究

刘 璨

(山西路桥第二工程有限公司,山西 临汾 041000)

1 桥梁概况

某桥全长109.16 m，上部结构为20+30.5+30.5+20 m预应力混凝土现浇箱梁，主梁采用C50混凝土，下部采用圆柱式墩、桩接盖梁式桥台、钻孔灌注桩基础。设计荷载为公路I级，桥面宽度为0.5 m(护栏)+11.5 m(行车道)+0.5 m(护栏)。预应力钢束采用公称直径15.20 mm钢绞线，抗拉强度标准值fpk=1 860 MPa。桥面铺装采用8 cm现浇混凝土+10 cm沥青混凝土。

2 控制断面内力计算

对预应力混凝土现浇箱梁，根据计算得到的该桥在设计活荷载作用下的挠度、应变，并根据文献[1]和文献[2]的相关要求，最终确定该桥在活载作用下最不利截面(控制截面)的具体位置，作为本次试验的测试截面。

(1)应力测试截面选择主梁的最大正弯矩截面与墩顶处最大负弯矩处。

(2)有限元模型的建立

在Midas软件中建立试验梁模型，按照公路I级荷载标准，对该桥的受力状态进行模拟分析计算[3-5]。

3 大桥静载试验研究

3.1 试验断面的选择与试验荷载效率

运用静载试验效率来评价静载试验可靠度[6][7]，计算试验弯矩内力值与设计值对比计算，确保该桥荷载效率满足规范要求。6个荷载试验工况及加载效率分析结果见表1。

3.2 试验荷载的选择

为了选择合适的试验荷载，全面测试加载效果。本次现场试验采用6辆35 t的重型车开展现场荷载试验，各加载车型布置见表2。

表1 主要测试工况及测试内容一览表

表2 加载车辆轴重汇总

3.3 试验测点布置

本次测试布置挠度及支座竖向变形测点共计30个；应变布置21个测点。

3.4 荷载试验结果

挠度测试结果，在试验荷载作用下各测点变形扣除支点变形值后梁板挠度实测值与计算值的比较结果，见图1～图4。

图1 第1跨0.4 L中载挠度实测值与计算值比较图

截面1在工况1作用下，挠度计算值为2.58 mm，测试值最大编号为N7为1.25 mm，测试值最小编号为N10为1.14 mm，校验系数最大为0.48，平均值为0.46。

图2 第1跨0.4 L偏载挠度实测值与计算值比较图

截面2在工况2作用下，挠度计算值最大为2.84 mm，测试值最大编号为N7为1.16 mm，测试值最小编号为N10为0.84 mm，校验系数最大为0.45，平均值为0.39。

图3 第2跨0.5 L中载挠度实测值与计算值比较图

截面2在工况3作用下，挠度计算值为6.32 mm，测试值最大编号为N22为2.92 mm，测试值最小编号为N25为2.53 mm，校验系数最大为0.46，平均值为0.43。

图4 第2跨0.5 L偏载挠度实测值与计算值比较图

截面2在工况4作用下，挠度计算值最大为6.95 mm，测试值最大编号为N22为2.92 mm，测试值最小编号为N25为2.53 mm，校验系数最大为0.46，平均值为0.43。

通过挠度实测数据与计算数据作图表分析，各控制测点与理论计算数据在控制范围内，试验荷载作用下，桥梁各测点基本呈线性变化，与理论值变化趋势基本吻合，挠度荷载试验方案满足规范要求。

应变测试结果，试验荷载作用下各梁应变的实测值与计算值的比较结果见图5～图10。

图5 第1跨0.4 L中载应变实测值与计算值比较图

截面1在工况1作用下，应变计算值最大为57 με，最小值为-41 με。测试值最大编号为Y4为28 με，测试值最小编号为Y1为-16 με，校验系数最大为0.49，平均值为0.42。

图6 第1跨0.4 L偏载应变实测值与计算值比较图

截面1在工况2作用下，应变计算值最大为63 με，最小值为-47 με。测试值最大编号为Y2为31 με，测试值最小编号为Y1为-14 με，校验系数最大为0.52，平均值为0.45。

图7 第2跨0.5 L中载应变实测值与计算值比较图

截面2在工况3作用下，应变计算值最大为72 με，最小值为-52 με。测试值最大编号为Y10为38 με，测试值最小编号为Y14为-30 με， 校验系数最大为0.58，平均值为0.48。

图8 第2跨0.5 L偏载应变实测值与计算值比较图

截面2在工况4作用下，应变计算值最大为79 με，最小值为-60 με。测试值最大编号为Y9为41 με，测试值最小编号为Y8为-32 με，校验系数最大为0.54，平均值为0.50。

截面3在工况5作用下，应变计算值最大为30 με， 最小值为-42 με。测试值最大编号为Y21为16 με，测试值最小编号为Y16为-18 με，校验系数最大为0.53，平均值为0.43。

表3

图9 1#墩中载应变实测值与计算值比较图

截面3在工况6作用下，应变计算值最大为35 με，最小值为-46 με。测试值最大编号为Y15为16 με，测试值最小编号为Y16为-23 με，校验系数最大为0.59，平均值为0.46。

图10 1#墩偏载应变实测值与计算值比较图

通过应变实测数据与计算数据作图表分析，各控制测点与理论计算数据在控制范围内，试验荷载作用下，桥梁各测点基本呈线性变化，与理论值变化趋势基本吻合，应变荷载试验方案满足规范要求。

(3)裂缝观测结果

荷载试验前后检查梁板未发现裂缝存在。

4 结 论

(1)主梁在各工况试验荷载作用下，挠度校验系数均值在0.39～0.46之间，表明主梁刚度满足要求。

(2)主梁在各工况试验荷载作用下，应变校验系数均值在0.42～0.50之间，表明主梁强度满足要求。

(3)各工况相对残值小于规范规定的0.20，表明试验荷载作用下结构处于弹性受力阶段。

(4)在试验荷载作用下未发现主梁存在裂缝，试验过程中主梁未发生异常变形。