东江大桥静载试验分析

摘要：介绍东江大桥预制T构梁桥静载试验的主要内容和方法，分析该桥的承载能力状况，提出相应的处理建议。

关键词：预制箱型T构 静载试验 校验系数

Abstract: the article introduces dongjiang bridge prefabricated T structure bridge static load test of the main contents and methods, analysis of the bridge carrying capacity status, put forward the corresponding Suggestions.

Keywords: precast box T structure static load test calibration coefficient

中图分类号：[TU997] 文献标识码：A

一、概述

东江大桥桥梁全长1325m，分为独立的左右两幅，单幅桥面净宽10.5m，桥跨组合：44×20m+2×25m+（52.5m+2×80m+52.5m）+2×25m+4×20m。主桥上部结构为预制砼T构，引桥为预应力混凝土简支T梁，每跨由5片简支梁组成；下部结构为柱式墩，钻孔灌注桩。设计荷载为汽-20，挂-100。

该桥主桥T构预制箱梁拼缝出现严重渗漏、滴挂、错位，预应力索出现锈蚀；引桥T梁腹板出现竖向贯通裂缝，裂缝宽度超过规范限值。为了掌握桥梁结构的实际承载能力，对主桥80跨T构及引桥20m简支T梁进行静载试验，对试验结果进行了分析评价。

二、荷载试验方案

（一）试验工况及荷载效率

东江大桥静载试验计算采用有限元计算软件Midas进行结构空间静力计算分析，为了反应该桥实际的承载能力，选取病害最为严重的两跨进行试验，分别为第50跨一侧T构、第53跨简支T梁，根据结构控制截面的受力特点布置挠度及应变测点。第50跨T构悬臂根部（B-B截面）、第53跨跨中（A-A截面）为本次试验的控制截面（见图1），分别为T构悬臂根部最大负弯矩工况（工况一）、简支T梁跨中最大正弯矩工况（工况二）。

图1 东江大桥控制截面示意图（单位：m）

根据《大跨径混凝土桥梁的试验方法》（以下称《试验方法》）中的规定，采用试验所加荷载能与设计荷载基本等效的原则进行加载，工况一荷载效率系数=0.894、工况二荷载效率系数=1.028。

（二）试验测点及车载布置布置

该桥静载试验主要观测内容有挠度及应变。工况一挠度测点位于T梁对应桥面位置各布置一个测点，应变测点于各片T梁腹板及梁底，共布置15个测点（其中S3-S7为裂缝观测点），如图2所示；工况二挠度测点位于T构悬臂端部横向均匀布置3个测点，应变测点于T构根部箱室内，共布置19个测点，如图3所示。

图2 工况一应变测点布置图

图3 工况二应变测点布置图

根据结构计算的等代效应以及现场条件，在最不利截面位置的影响线上进行布载。本次试验采用4部双后轴重车进行加载，工况一车辆平面布置图见图4所示，三级加载顺序为：0374.2kN740.3kN1485.4kN；工况二车辆平面布置图见图5，四级加载顺序为：0366.6kN732.6kN1111.4kN1485.4kNkN。

图4 工况一加载车辆平面布置图（单位：cm）

图5 工况一加载车辆平面布置图（单位：cm）

三、试验结果与分析

（一） 简支T梁荷载试验

该跨5#梁有多条竖向裂缝，先以该边梁作为最不利工况进行试加载，当加到第1级荷载时，观测到5#梁挠度测点、S3-S7应力值均比理论计算值偏大，且裂缝宽度急剧扩展，说明5#边梁承载力明显达不到设计要求。为了试验能反应其余T梁的有效承载能力，通过更换车辆位置，改为以4#梁最不利工况进行加载、试验。

在三级加载工况下，挠度测点值见表1所示，各级荷载作用下测点与弯矩对应的关系如图6所示。

表1：实测挠度值（mm）

图6 弯矩-挠度关系曲线图

图6 部分测点挠度实测值与计算值比较曲线图

从图1中可以看出，随着荷载的递增，测点基本呈线形增长，说明结构基本处于弹性工作状态；卸载后相对残余变形均小于20％，满足《试验方法》要求；满载时，除了非偏载侧边梁外，其余各梁挠度测点校验系数均大于1.05，最大值为1.71，不满足《试验方法》要求。由图6可知，2#～5#测点最大挠度实测值均大于理论计算值，说明结构的实际刚度较差，且实测挠度横向分布曲线趋势出现较大拐点，说明该桥横向联系偏弱，不能按设计要求传递车辆荷载。

截面偏载侧应变主要测点实测值见表2所示，各级荷载作用下测点与弯矩的对应关系见图7所示。

表2：各级荷载作用下应变测点实测值（）

图7 弯矩-应变关系图

由表2可知，各梁底最大拉应变实测值均大于理论计算值，各关键应变测点校验系数均大于1.05，不满足《试验方法》要求。满载时应变实测值与理论值比较曲线如图9.9所示，实测值均大于理论值，说明结构承载能力已不能满足设计要求。

在试验的过程中，5#边梁裂缝宽度最大一处增大0.17mm，预应力T梁按规范要求不允许开裂，不满足规范要求。

（二） T构荷载试验

在各级荷载作用下，T构牛腿位置三个挠度测点的测试数据如表3所示。

表3：实测挠度值（mm）

图8 荷载－挠度曲线

由表3可知各挠度测点校验系数均小于1，可满足《试验方法》要求。由图8可知挠度基本随荷载增加按线性规律变化，说明结构处于弹性工作状态。偏载侧牛腿处最大的实测挠度为13.98mm，小于理论计算值16.18mm，挠度的校验系数为0.86，满足《试验方法》要求.各测点挠度实测值均小于理论计算值，说明结构的实际刚度能满足设计荷载要求。

偏载侧应变主要测点实测值见表4所示，各级荷载作用下测点与弯矩的对应关系见图9所示。

表4：各级荷载作用下应变测点实测值（）

图9 荷载—应变关系曲线图

由表4可知T构根部截面上下测点的校验系数均远小于1。实测应变偏小的主要原因是由于箱梁拼装施工，由于顶板存在贯通裂缝，箱梁上部的拉应力主要由预应力钢索承担，箱梁顶板混凝土实际上大部分已退出工作，不参与受拉或受拉极小，故其实测的应变与理论计算值相比偏小。由图9可知，各级试验荷载作用下，实测应变值随荷载变化基本处于线性关系，说明结构在各级试验荷载作用下处于弹性工作状态。

由于箱梁顶板接缝已存在较多的贯通裂缝，而按规范的要求，预应力砼结构不允许出现竖向开裂，故不满足《试验方法》及相关规范的要求。

四、结论与处理建议

（一）工况一下满载时各挠度测点校验系数基本大于1.05，最大值为1.71，超过《试验方法》较多；跨中各梁底各应变测点校验系数均大于1.05，不满足《试验方法》要求，结构的实际刚度较差，横向联系偏弱，结构承载能力已不能满足设计要求。

（二）工况二下满载时各挠度测点校验系数在0.75～0.86之间，应变校验系数明显偏小，与T构箱室顶板砼开裂、预应力索损失等有关。

（三）由该桥主桥及引桥的静载试验结果可知，该桥实际承载能力已不能满足设计荷载等级要求，应进行加固处理。

参考文献

《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-1989)，人民交通出版社．

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85），人民交通出版社．

《公路桥涵养护规范》（JTG H11-2004），人民交通出版社．

《大跨径混凝土桥梁的试验方法》，人民交通出版社，1982