桥梁承载能力试验评估一例

张玉平

（新疆一龙中达建设工程有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

0 情况简介

天津某开发区，主线路总长约 11 公里，其中一新建桥梁，全桥上部结构采用 20m 和 25m 后张预应力板梁结构。混凝土空心板梁采用 C50 混凝土，铰缝采用C50 混凝土，建成后为评测其承载能力，需进行静载试验评估。

该桥技术标准：

（1）桥面宽度：单侧横向布置为 0.5m（防撞护栏）+19.5m（车道净宽）+2.35m（人行道）+0.4m（人行道栏杆）。

（2）桥梁结构设计基准期：100 年；结构设计安全等级：一级；桥梁所处环境类别：Ⅱ类。

（3）设计荷载：公路—Ⅰ级（适用于城市主干路）；人群荷载：3.5KPa 的均布荷载。

（4）桥梁净空：规划河道常水位 2.0m，最高水位2.5m，本工程河道没有通航要求。

1 试验的目的及依据

1.1 试验目的

按照试验方案，将静止的荷载作用在桥梁上的指定位置（图 1），观测桥梁结构的静力位移、静力应变、裂缝等参量，然后根据有关规范和规程的指标，判断桥梁结构的承载能力以及在荷载作用下的工作性能。

图 1 测试截面示意图

1.2 试验依据

（1）“天津某工业区市政基础设桥梁工程”图纸

（2）JTG 3362—2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》

（3）《公路旧桥承载能力鉴定方法》

1.3 试验内容

（1）挠度检测：检测在试验荷载作用下预应力空心板梁 L/4、L/2、3L/4 跨挠度。

（2）应力检测：检测预应力空心板梁跨中、L/4跨、3L/4 跨梁底及跨中腹板混凝土表面应力。

（3）裂缝观测：在静载试验过程中，观测跨中梁底有无横向裂缝和支座附近腹板有无斜裂缝。

2 试验方案

2.1 试验梁的选择

根据计算结果，综合比较中、边梁的内力，着眼于成桥运营的安全性，会同业主、设计、监理等有关方面，依据施工情况及有关资料，选用施工质量较差、成桥后受力最不利的梁作为试验对象。

此次 25m 后张预应力空心板梁静载试验，选取K0+105.5 中桥左幅桥 8 号中板作为试验对象。

2.2 测点布置

此次 25m 后张预应力空心板梁静载试验，选取中板跨中截面作为控制截面，测试截面如图 2 所示。

2.2.1 挠度测点

挠度测点共布置 8 个，沿梁纵向分别布置在支座、L/4、L/2、3L/4 处，其中 L 为支座中心线之间的距离，支座处测点用于检测支座沉降量。各处的测点图见图 3和图 4。

图 2 挠度测点布置示意图

图 3 1-1、5-5 截面挠度测点横向布置图

图 4 2-2、3-3、4-4 截面挠度测点横向布置图

2.2.2 应力测点

预应力空心板梁共布置 11 个应力测点，其中在板梁跨中截面布设应力测点 9 个，分别为：梁底 1 个、沿腹板高一侧布置 5 个、另一侧布置 3 个，用于检测在试验荷载作用下混凝土的最大拉、压应力以及沿梁高应变变化情况；在 L/4 及 3L/4 截面梁底各布置 1 个测点，用于测量梁底混凝土应力。

测点布置如图 5～7 所示。

图 5 应力测点布置立面图

图 6 3-3 截面应力测点横向布置图（单位：cm）

图 7 2-2、4-4 截面应力测点横向布置图（单位：cm）

2.3 加载方案

2.3.1 试验荷载效率

此次试验的 25m 后张预应力空心板梁，计算跨径为 24.3m。考虑二次恒载和活载的作用，选取最不利荷载组合计算各控制截面的内力。经计算试验需要加载弯矩值为 1193.71kN·m，试验实际加载弯矩值为1020.47kN·m，试验荷载效率系数为 0.85，满足规范值0.8～1.05 的范围要求。

2.3.2 试验荷载

试验采用成捆钢绞线作为砝码进行加载，共 6 捆，砝码具体质量见表 1。

表 1 加载砝码对照表

试验共分 4 级进行加载，每个砝码宽 1m，相邻砝码中心距离为 1.5m。在试验中，为保证试验数据的可靠，每级荷载加完以后，持荷 15 分钟后读数，且应每隔 3～5 分钟读数一次，当数据增量小于上一次增量的10% 时，即可认为数据稳定可靠。

2.3.3 试验程序

此次静载试验加载分 4 级进行，卸载采用 3 级对称卸载的方法，以便与加载过程进行校核。

2.3.4 试验注意事项

在试验过程中若出现下列情况，应立即告知试验指挥者，并停止加载试验：

（1）梁底挠度过大或者应力（应变）值过大，超过理论计算值。

（2）如出现裂缝，应先停下检查原因，核实无误后再决定是否继续加载。

（3）加载过程中，相关参数变化出现异常。

表 2 板梁挠度测试结果 mm

3 试验结果与分析

3.1 梁体挠度结果及分析

根据所加试验荷载，理论挠度值采用 MIDAS/CIVIL 进行计算。各测点挠度值应为实测挠度值与支座沉降量之间的差值。

各阶段荷载作用下板梁挠度测试结果见表 2。由表2 可见，卸载后 L/4、L/2、3L/4 截面处的残余变形值为分别为 0.18mm、0.10mm、0.13mm，相对残余变形分别为 4.42%、1.76%、3.56%，小于新结构残余变形的上限——20%，表明该预应力空心板梁结构工作状态良好。

各测试截面挠度变化如图 8 所示，实测最大挠度为5.68mm，小于理论计算值 10.89mm，且小于规范规定限制 L/600=41.67mm，挠跨比为 1/4278。

图 8 各测试截面荷载—挠度曲线图

跨中截面实测挠度与荷载的关系如图 9 所示。由图9 可见，在各级试验荷载作用下，试验梁跨中截面的挠度随荷载的增加基本呈线性变化，符合结构计算理论，表明结构在弹性阶段内工作。

图 9 跨中测点荷载—挠度曲线图

3.2 梁体应力检测结果及分析

通过连续 4 级加载，3 级卸载，各测点的应变值见表 3，跨中截面梁底应力见表 4，其中负值表示受压，正值表示受拉。

表 3 梁体各测点应变值（με）

由图 10 可见，各测点应变值沿梁高呈线性关系，符合平截面假定。理论计算截面中性轴位于距离梁底64cm 高的位置，从图上来看，实测值基本在此附近，应变测试结果表明梁体工作良好。

图 10 跨中截面应变测试结果

由表 4 和图 11 可见，该梁在试验最大荷载作用下，跨中截面梁底混凝土产生的最大拉应力为2.81MPa，理论计算拉应力为 4.17MPa，应力校验系数为 0.67。各加载级间应变变化与加载砝码数成正比关系，应变值较好的符合线性关系。

表 4 跨中梁底测点（3-9）应力值 MPa

图 11 跨中梁底测点荷载—应变曲线图

由表 5 和表 6 可见，该梁在试验最大荷载作用下，L/4 跨截面梁底混凝土产生的最大拉应力为 2.10MPa，理论计算拉应力为 2.58MPa，应力校验系数为 0.81；3L/4 跨截面梁底混凝土产生的最大拉应力为 2.32MPa，理论计算拉应力为 2.58MPa，应力校验系数为 0.90。

表 5 L/4 跨梁底测点（2-1）应力值表 MPa

表 6 3L/4 跨梁底测点（4-1）应力值表 MPa

3.3 裂缝观测结果

在该梁加载过程中，满载持续时间内及卸载以后，跨中梁底无横向裂缝，支座附近腹板无斜向裂缝。

4 结论

通过对桥梁左幅桥 8 号中板的静载试验与分析可得如下结论：

（1）在短期使用荷载作用下混凝土的应变及挠度变形均与理论计算值吻合，跨中最大应变及挠度变形均符合规范要求。

（2）在短期荷载作用下，荷载—挠度曲线符合线性规律，说明试验梁在弹性阶段工作。

（3）在试验过程中，梁体没有产生新裂缝，板梁承载能力满足设计要求。

（4）试验结论说明理论分析与实际试验相吻合，达到了试验检测的目的，说明该试验原理、方法及数据处理符合实际要求。