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城市高架桥预应力混凝土连续箱梁 静载试验及分析 S t a t i c L o a d Te s t a n d An a l y s i s o f P r e s t r e s s e d Co n c r e t e Co n t i n u o u s BO X Gi r d e r i n Ur b a n Vi a d u c t 章 勤 邢 舟 新疆兵团第 四建筑安装工程公司 乌鲁木齐8 3 0 0 6 6 摘 要 ： 通过对乌鲁木齐市外环路高架桥连续箱梁在静载作用下的应力、应变、桥梁竖向及支座变形以及裂缝展开进行 了测试观察和分析，判断施工满足设计要求的程度以及桥梁实际承载能力 ，为今后类似工程积累经验。 关键词： 连续梁高架桥 静载试验 结果分析 中图分类号： U 4 4 3 2 文献标识码 B 【 文章编号】1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 2 ) 0 4 - 0 3 7 9 0 3 1工程概况 乌鲁木齐市外环路高架桥预应 力混凝土一箱三室三跨 连续箱梁 ，跨径选用 2 5 m + 3 0 m + 2 5 m，少量采用 2 8 m + 3 5 m + 2 8 m 、 3 0 m + 3 5 m + 3 0 m 。桥梁总宽 1 8 m 、 梁高 1 5 m 、 梁宽 1 3 m 、 侧悬臂长度为 2 5 m ， 混凝土设计标号 5 0 、 桥梁 设计载荷为城 一B 级汽车荷载。全线基础采用扩大基础， 基 础持力层为角砾 、 卵石。 工程于 2 0 0 1 年 5 月 1日开工， 当年 l 1 月通车。由于施 工期短 ， 且过早开放交通 ， 为准确掌握桥梁整体受力状况和 承载力是否满足设计文件 ， 判断有无安全隐患 ， 建设单位会 同施工、 监理、 设计研究决定 ， 委托上海同济大学对 A 1 8 标 段 P m 7 -P ml O的 3 0 m + 3 5 m + 3 0 m三跨连续箱梁实施静载 试验。试验项目为 ： a ) 测定在试验荷载作 用下箱梁的应力、 应变 ； b ) 测定在试验 荷载作用下桥梁的竖 向变形及支座变 形 ： C ) 观察试验荷载作 用下箱梁裂缝展开情况。 2 试验荷载及加载工况 2 1 试验荷载 桥梁箱梁设计计算时采用城 一B 级汽车荷载 ，为均布 荷载加一个集中荷载。 为便于试验加载操作 ， 选用 8辆斯太 尔载重车做为主车 ， 每 辆车重 2 0 0 k N ， 前轴重 7 0 K N 、 后轴 重 1 3 0 k N 、 轴距 3 8 m ， 通过称重、 调整， 把车辆总重及轴重 作者 简介 ： 章勤( 1 9 7 0 一 ) ， 女 ， 大专 ， 工程 师。 作者地址： 新疆乌鲁木齐市水磨沟区华光街路 6 8 8 号( 8 3 0 0 6 6 ) 。 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 2 1 8 控制在要求范围之内。 2 2加载工况 由于连续梁跨径对称 ， 并且 P m 7和 P m 8之间交通无法 封 闭，本次试验对 P m 7 P m l O 之间进行 了不同位置的静力 加载 ， 加载工况分别对应于 ： a )边跨跨 中最大正弯矩状态 ； b ) P m 9 墩项最大负弯矩状态 ； C )中跨跨 中最大正弯矩状态。 本次试验按上述状态要求， 设计了 5 种加载工况 ， 加载 方式详见图 1 图 5 。每个加载工况卸载后均重复一次 ， 以 尽量减少测试误差和读数误差的影响。 几八几八 图 1 工况 1 ： 边跨 8辆车对称加载布置 图 2 工况 2 ： 边跨 4辆车偏, u m载布置 建 筑 施 工第 3 4 卷第 4 期 l 3 7 9 图 3 工况 3 ： 边跨、 中跨各 4辆车对称加载布置 图 4 工况 4 ： 中跨 8 辆车对称加载布置 图5 工况 5 ： 中跨 4 辆车偏心加载布置 2 3荷载效率 = ( 1 ) 式 中： S 一静载试验荷载作 用下控制截面内力计算值 ； 计入 中 击系数( ) 的荷载作用下控 制截面最不 利内力计算值。 根据试验载荷的情况 ，对各测试 断面的弯矩影响线均 采用试验荷载汽车 一2 O 级主车( 前轴重 7 0 K N ， 后轴重 1 3 0 k N ) 进行加载计算。 试验荷载的计算弯矩值与设计最大 弯矩值比较 ， 从而得到本次试验各对称加载工况的荷载效 率( 表 1 ) 。由表中的计算结果可知 ， 各对称加载工况均能满 足试验荷载效率 O 8 1 0 5的要求。 表 1 试验荷载效率 加载 试验荷载弯矩 测试断面弯矩 荷载 工况 计算值 ( k N m) 设计值 ( k N m) 效率 工 况 1 4 9 6 3 3 4 9 0 5 1 0 1 工 况 3 41 2 8 2 44 7 4 09 2 工 况 4 461 5 8 4 5 7 7 1 01 2 4测试仪器 a ) 应变测试 ： 电阻应变片 ， 配 Y J R 5 静态 电阻应变仪 b ) 挠度测试 ： 挠度计 ； 3 8 0 l 2 o 1 2 4 B lm 曲 C ) 支座变形测量 ： 百分表。 2 5静力加载试验结果 各加载工况测试结果如下。其中支座变形及桥梁挠度 值以向下为正 ， 向上为负； 应力值以受拉为正， 受压为负。 2 5 1 工 况 1 试验中实测支座变形值如表 2 所示 ， 实测边跨跨中箱 梁应力值和跨中挠度值见表 3 。 表 2 工况 1支座变形测验结果 mm P ml OA ( J t 侧 ) P m l OB ( 南侧 ) P m 9 一A( 北侧 ) P m9 一B ( 南侧) 0 0 9 O 0 8 0 0 l 0 0l 表 3 工况 1应力及挠度测试结果 箱 梁 底 板 实测值 A 1 O 3 下 缘 平 均 计算值 B 1 4 _4 应力 ,MP a A | B 1 7 l 南侧 1 9 8 实测值 C 北侧 2 9 8 跨 中挠 平均值 2 4 3 度 m m 计算值 D 4 1 7 南侧 4 8 C D 北侧 7 2 平均值 5 8 2 5 2工 况 2 对应于边跨对称加载工况 ， 同时进行了偏心加载试验 ， 以 考察偏载系数的取值。采用 4 辆车加在桥梁北侧行车道上 的方法 ， 实测边跨 中箱梁应力值和跨中挠度 ， 见表 4 。 表 4 工况2应 力及挠度测试结果 箱梁底板下缘应力 I P a 挠度 m m 实测平均值 实测最大值 南侧 北侧 0 5 6 09 7 0 3 2 5 - 3 工 况 3 对应 P m 9 墩顶最大负弯矩情况 ，在边跨和中跨的相 应位置分别加载 4 辆车，实测 P m 9 墩顶附近断面箱梁应力 值见表 5 。 表 5 工况 3加载测试 结果 翼板外侧下缘I 底板下缘应力 l底板下缘应力 l MB 应力实测值 I 吏测平均值 A I 计算值 B l 2 5 4工 况 4 对应于中跨跨中最大弯矩 ， 最大挠度工况 ， 采用 8辆车 对称加载。 试验中实测支座变形值如表 6 所示， 实测中跨跨 中箱梁应力平均值和跨中挠度值如表 7 所示。 2 5 5工 况 5 对应 中跨对称 ， 我们也进行了偏心加载试验 ， 采用 4辆 汽车 一2 0 荷载加在桥梁北侧行车道上。 该工况实测支座变 形值见表 8 ，该工况实测中跨跨 中箱梁应力值和跨 中挠度 值见表 9 。 表 6 工况4支座变形测试结 果 mm P m 9一 a( J t 0 ) P m 9 一B ( 南侧 ) P m 8一 A( - I I5 侧 ) P m 8一B ( 南侧 ) 0 0 7 O 0 7 0 0 8 0 1 4 表 7 工况 4应力及挠度测试结果 箱 梁 底 板 实测值 C 0 ，9 2 下 缘 平 均 计算值 B 1 3 4 应 力 MP a A f B f 6 9 南侧 2 2 实测值 ， c 北侧 2 7 跨 中 挠 平 均值 2 4 5 度 mm 计算值 4 5 9 南侧 4 8 C m 北侧 5 9 平 均值 5 3 表 8 工况 5支座变形 测试结 果 mm P m 9 一A( 北1 贸 4 ) P m 9一 B ( 南侧 ) P m 8 一A( 北1 贸 4 ) P m 8 一B ( 南侧) O 0 5 0 O 3 0 0 4 0 0 1 表 9 工况5应力及挠度测试结果 应 力 MP a 挠 度 r a m 实测平均值 实测最大值 南侧 北侧 O 3 1 O 7 O O 5 5 2 _ 3 2 5 6 裂缝观测 由于在静 力加载试验前已观察到裂缝 ， 因此 ， 本次试验 全过程中对箱梁裂缝进行 了仔细观察。 箱梁底板裂缝宽度在 O 1 m m 0 - 2 m m之间 ， 除个别情 况外 ， 裂缝都不连续。 箱梁翼板上的横 向裂缝处有 白色物质 析出， 是桥面渗水所致。在加载过程中， 裂缝没有出现扩展 变化。 3 试 验结果分析 3 1边跨、 中跨跨中试验分析 由表 3 和表 7 测试结果看 ， 箱梁平均应 力约为计算值 的 7 1 名和 6 9 ，挠 度实测平均值 约为计 算值 的 5 8 和 5 3 。 这说明刚度 比设计值大 ， 除设计理论安全度和可靠概 率的强度储备外 ， 还有下列 2 方面因素： 3 1 1 设计 方 面 a )由于空间计算的问题转化为平面问题近似求解 ， 因 而所采用的桥梁横向分布理论及系数、计算方法的选择会 直接影响到箱梁截面计算力的大小 ，使实际横 向分布远小 于理论计算值。 b ) 桥梁桥面铺装 、防撞墙作为外部载荷进行主梁的 内力计算，而未考虑它参与主梁抗力和提高结构整体刚度 的作 用。 实际上外环路高架桥桥面铺装通铺钢筋网， 其提高 整体 刚度的作 用是明显的。 C ) 箱梁中横 隔板 ，因只计外载荷而未计参与抗力， 反 力必在梁内扩散分布 ， 真实弯矩图与理论计算值有差异。 d )梁体设计为点或线支承 ， 且假定梁端能 自由转动 ， 而实际梁体支座为橡胶板， 应为面接触 ， 使得箱体两端支承 增加了约束、 减少 了梁体截面的内力。 e ) 边跨南、 北侧挠度相差 3 0 是 由于 P m 9 P m l 0 有一 匝道桥和试验段桥面连续， 参 与了试验段 的受力作用， 部分 限制了桥梁南侧的变形。 而到中跨试验段 ， 桥面已和匝道桥 逐渐分离 ， 匝道对试验段受力的分担作用减弱， 故实测只相 差约 9 。 3 1 2施 工 方 面 a )箱梁设计混凝土标号为 5 0 ， 实际混凝土 2 8 d强度 全部超过 5 5 ， 有相当部分已达 6 0 ， 提高了结构承载能力。 b )所用钢筋强度指标高于设计选用指标 ，增加了安 全储备。 3 2偏载试验分析 应力值按下式组合迭加 ： ( 工况 1 2 +工况 2 ) 设计应 力值 =( 1 0 3 2 + 0 9 6 7 ) 1 4 4= 1 0 3 ( 工况 4 2 +工况 5 ) 设计应力值 =( 0 9 1 9 2 + 0 7 0 3 ) 1 3 4=0 9 5 设计取用偏载系数为 1 1 5 ， 1 1 5 1 0 3 0 9 5 说明偏载 系数取值偏安全。 3 3 P m3墩顶最大负弯矩 测试梁底最大应 力实测值为计算值的 9 3 ， 说明在负 弯矩状态下， 箱梁满足设计要求。 3 4 支座 除 P m 8 一 B 支座变形 0 1 4 m m外 ， 均小于 0 1 m m ， 远远 小于允许变形值 ， P m 8 一 B 相对较大是由于平面布置非对称 所致。 3 5裂缝 原有宽 0 1 m m 0 2 m m的不连续裂缝 ， 在试验 中未发 现开展 ， 说 明原有裂缝与结构 受力无关。但有白色物析出， 主要原 因是施工期温差大、 养护不到位造成干缩裂缝 ， 加之 桥面未做防水 ， 致使渗水从缝 隙中析出。 4结语 从上述试验检测结果及分析 ， 可 以看出： a ) 按边跨和 中跨跨中最大正弯矩对称加载时， 梁底平 均应 力均为计算值的 7 0 名左右 ， 按 P m 9 墩顶最大负弯矩加 载时梁底平均应力也小于计算应 力值 ，说明桥梁的强度能 够满足设计要求。 b )按最大正弯矩加载时，桥梁挠度为计算值的 5 8名 和 5 3 ， 说明桥梁的刚度能够满足设计要求。 C )箱梁底板的裂缝宽度在 0 1 m m 0 2 m m范围内 ， 而且试验加载过程中没有进一步的开展和延伸 ，说明裂缝 形成与结构受力无关。 il t t t li r 第 3 4 卷第 4 期 I 3 8 1