堕 墼 Ｉ基于静荷载试验的预应力混凝十连续梁桥承载力分析 Ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｇｉｒｄｅｒ ｂｒｉｄｇｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｔａｔｉｃ ｌｏａｄ ｔｅｓｔ ： 程超（江西中煤建设集团有限公司，江西南昌３３０００１） 摘要：桥梁在使用过程中，不可避免受雨雪、地震、冰冻等自然因素的影响、人为因素的冲击破坏以及在有害物质的 侵蚀下产生的混凝土碳化、钢筋锈蚀等病害，随着时间的增长，这类痛害将进一步发展，甚至危及桥梁的结构使用安全． ．为探究桥梁服役一定年限后的承载能力，以两联六孔预应力混凝土连续梁为工程实例，通过桥梁荷我试验，对其承裁力展 开分析和研究，掌握桥梁结构实际工作状态了解，评定桥梁结构的工作性能和状态，确保后续加固和维修方案切实可行、 有据可依 关键词：预应力桥梁；承载力；静载试验 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｒｉｄｇｅ ｉｎ ｕｓｅ，ｉｎｅｖｉｔａｂｌｙ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｖａｒｉｏｕｓ ｄｉｓｅａｓｅｓ ｓｎｃｈ ａｓ ｒａｉｎ ａｎｄ ｓｎｏｗ，ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ，ｆｒｅｅｚｉｎｇ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｎａｔｕｒａｌ ｆａｃｔｏｒｓ，ｈｕｍａｎ ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｈａｒｍｆｕｌ ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｓｔｅｅｌ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ．Ａｓ ｔｉｍｅ ｇｏｅｓ ｏｎ，ｔｈｅｓｅ ｄｉｓｅａｓｅｓ ｗｉｌｌ ｄｅｖｅｌｏｐ ｆｉ￣ｒｔｈｅｒ ａｎｄ ｅｖｅｎ ｅｎｄａｎｇｅｒ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｘｐｌｏｒｅ ｔｈｅ ｂｅａｒｉｌ１ｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｂｎｄｇｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ａｆｔｅｒ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｎｕｎｌｂｅｒ ｏｆ ｙｅａｒｓ，ｔｗｏ－ｊｏｉｎｔ ｓｉｘ—ｈｏｌｅ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｃｏｎｃＩ。ｅｔｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｂｅａｍ ｉｓ ｔａｋｅｎ ａｓ ａｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｘａｍｐｌｅ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｌｏａｄ ｔｅｓｔ，ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｗｈａｔ’ｓ ｍｏｒｅｍａｓｔｅｒ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｗｏｒｋｉｎｇ ｓｔａｔｅ ，ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｔｏ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ ａｎｄ ａｓｓｅｓｓ ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｐｅｒｆｏｒｔｎａｎｃｅ ａｎｄ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｉｌｅ ｂｒｉｄｇｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗ——ｕｐ ｒｅｉｎｆｉ）ｒｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｍａｉｌｌｔｅｎａｎｃｅ ｐｒｏｇｒａｍ ｆｅａｓｉｂｌｅ ａｎｄ ｅｖｉｄｅｎｃｅ—ｂａｓｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｂｒｉｄｇｅ；ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ；ｓｔａｔｉｃ ｌｏａｄ ｔｅｓｔ 中图分类号：Ｕ４４１．２文献辨识码：Ｂ文章编号：１（１１）３—８９６５（２ｉ）１７）０ｉ—Ｏ（）７２一《１３ １引言 我国目前的桥梁建设已经取得了令人瞩目的成绩，截 止到２０１４年底，我国通车里程中，桥梁总数已有７５．７１ 万座，４２５７．８９万延米…。在跨径、桥型方面为世界的桥 ２．１桥面铺装病害 桥面铺装病害已经成为影响混凝土桥梁结构正常使用 以及导致交通事故的病害之一。在桥面铺装层破坏之后， 不仅会影响到的桥梁的美观，同时还会妨碍正常的交通， 容易引发交通事故。由于近些年来，桥面铺装层养护工作 的增大、周期的缩短、成本的增加，最终导致因桥面铺装 问题而产生的经济损失越来越多。典型桥面铺装病害如图 １所示。 梁事业作出了重要的贡献。鉴于桥梁投资巨大，作用显著， 人们对桥梁的服役性能尤为重视。 随着既有桥梁服役时间的增长，过去所修建的新桥 会逐步转变成现在的旧桥，与此同时，由于在某方面施工 不够成熟、外界环境的不利影Ⅱ向、交通量逐年增大导致的 荷载等级提高，很有可能会使得一些服役的桥梁的某种功 能不能满足规定的要求。在工程实际中发现，钢筋锈蚀及 混凝土碳化成为桥梁承载力降低的重要因素，同时劣化和 （或）荷载的增加也导致了桥梁使用性能的降低Ｉ２－３１，如 美国现有的六十万座桥梁中，约有四成采用较低的荷载标 准，近八万座桥梁需立即维修 。 本文为探究桥梁服役一定年限后的承载能力，以两联 六孔预应力混凝土连续梁为工程实例，通过桥梁荷载试验， 对其承载力展开分析和研究，掌握桥梁结构实际工作状态 ２．２冻融病害 ；东融病害也是影响桥梁的正常使用年限和承载力的主 （ａ）铺装层脱落 （ｂ）铺装层表面出现裂缝 图１典型桥面铺装病害 要原因之一。在我国的；东土地区，这种现象体现的尤为突 出，由于受到天气的影响，；东融现象的发生造成结构产生 裂缝。当对桥梁进行加固处理之后，由于混凝土并不是一 了解，评定桥梁结构的工作性能和状态，确保后续加固和 维修方案切实可行、有据可依。 次性浇筑完成，这样就造成了混凝土衔接处结合够严密， ２服役桥梁常见病害 桥梁存在的一些常见病害有 ：桥面铺装病害、冻融 病害、混凝土裂缝病害、钢筋锈蚀病害、碳化以及氯离子 侵入等。 ７２ 同时在；东融的作用下，裂缝的发展就会／ｊ１］￣ｉＪ。ｊ东融病害产 生的原因主要有 ：１】自然的不可抗力：２）在混凝土施 工过程中，所得到的混凝土质量远没有达到设计要求；３） 在后期的养护过程中没有按照规范进行养护。 ２ ３裂缝病害 ： 预应力混凝土连续梁桥常见裂缝病害主要有：下缘受 拉区的裂缝、腹板上的竖向裂缝、腹板上的斜裂缝、施工 运梁不当引起的裂缝、梁顶端裂缝、连续梁中支点梁顶面 裂缝等。 ２．４锈蚀病害 由于水泥的水化作用使得钢筋处在强碱介质中，在钢 筋表面产生一层类似于保护膜，以保护钢筋不发生锈蚀。 当混凝土由于施工等原因造成的密实度不够或者是在施工 中人为的加入含有氯离子的物质，有害离子的扩散会最终 破坏保护膜，导致锈蚀发生。锈蚀早期会在混凝土表面产 生沿着钢筋方向的裂缝，严重的时候会因为钢筋的锈蚀而 造成开裂。 ２．５碳化病害 碳化是指混凝土中ＮａＯＨ与渗透进混凝土中的ＣＯ， 或其它酸性气体发生化学反应的过程 。混凝土一般呈碱 性，这会形成一层碱性薄膜，起到“钝化”的作用。碳化 的实质是混凝土的中性化，碱性降低，同样很容易导致钢 筋锈蚀。 ３工程概况 某桥修建于上世纪八十年代，到现在为止已经运营近 ４０年。由于当地交通量的日益增长，该桥的服役状态需 要进行科学评定，以便为该桥的加固设计提供科学的理论 依据。该桥为两联六孔预应力混凝土连续梁，第一联为在 北边，跨度为３８．５ｍ＋２Ｘ３８ｍ＋３８．５ｍ，第二联在南边， 跨度为３８．５ｍ Ｘ ２。该桥桥型布置如图２所示。 北 第・联（鹚 ３８ ２ 鹑５ 第＝联（３８ ５缸２、 南 、 ． ． ３８ ５ ３８ 聃５ — — ３８ — ３８ ５ 舱５ 一 ． ３号墩 ｛号避 图２桥型布置图（单位：ｍ） ４实桥静载试验 Ｏ号桥台 ｌ号磁 ２号塌 ３号墩 图３试验孔示意图 ４．１静载试验内容 从受力分析来看，第一跨和第二跨在受力上对称，均 存在最大正弯矩和最大负弯矩两个最不利位置。根据现场 实际观测结果，第二跨混凝土存在一定面积的老化及破损， 而第一跨外观相对较好。综合上述原因，选择第二联的第 二孔作为静荷载试验孔，如图３所示。 堕 蕉 Ｉ 拟定如下静载试验工况，工况一：第二联边跨（Ｅ－Ｅ 截面）对称荷载作用下最大正弯距；工况二：第二联中跨 墩顶（５号墩顶Ｄ—Ｄ截面）对称荷载作用下最大负弯距； 工况三：第二联中跨墩项（５号墩项）在对称荷载作用下 的最大墩项支反力。截面最不利位置如图４所示： ＜＜塑城 长沙＞＞ ２５ ｔ９ ２５憎２ｌ ５ ¨， Ｄ Ｅ ｝ Ｕ Ｅ ４呼埭 ５号埭 ６等桥台 图４第二联试验工况位置（单位：ｍ） 为了得到桥梁各加载等级下的挠度、应变曲线，防止 破损桥梁倒塌或发生意外损伤，各试验工况均进行分级加 载和卸载，并随时观测每级荷载下各控制参数的变化，注 意荷载中止条件。 ４．２加载 采用６辆“后八轮”汽车加载，编号分别为１—６，根 据荷载效率系数确定车辆的重量和布置方式。应对车辆进 行配重过磅，保证满足试验精度要求，并要求整个加载过 程中保持不变。 １）工况一：第二联边跨（Ｅ—Ｅ截面）对称荷载作用 下最大正弯距及最大挠度。工况一的荷载分级如表１所示， 横截面如图５所示。 表１工况一荷载分级表 加载 卸载 第～级 ｌ 第二级 ｌ 第三级 第～级ｌ第二级 ２、３ Ｉ ４ ｌ ５ ５、４ ｌ ２、３ 注：表中数字表示加栽车辆编号。 ｝ ． 兰Ｈ． 一 图５工况一荷载横截面布置（单位：ｍ） 表２工况二荷载分级表 加载 卸载 第一级ｌ第二级 第三级 第一级 第二级ｌ第三级 ２、３ ｆ ４、５ １、６ １、６ ４、５ ｆ ２、３ 表中数字表示加载车辆编号。 图６工况二试验荷载横截面布置图（单位：ｍ） ７３ ｌ 堕 墼 ２）工况二：第二联中跨墩顶（５号墩顶Ｄ—Ｄ截面） 对称荷载作用下最大负弯距：工况二的荷载分级如表２所 示，横截面如图６所示。 ３】工况三：第二联中跨墩顶（５号墩顶）在对称荷 载作用下的墩顶和支座沉降；工况三的加载车辆分布和工 况二相同布置。 ４．３试验结果 本文以两联六孔预应力混凝土连续梁为工程实例，通 过桥梁荷载试验，对其承载力展开分析和研究。结合外观 检测和荷载试验的结果可知，该桥在整体结构上满足相关 规范要求，但外观的病害较多，需要对该桥出现的各种病 ５结语 害采取及时有效的修补措施。 参考文献 【１】刘翠云，董传洲．国外预应力混凝土连续梁桥发展 和施工技术 世界桥梁，２０１１，０６：１—４． ［２］鲍卫刚．预应力混凝土连续梁桥维修与加固技术 Ⅱ】＿公路，２０１３，０１：１３—１８． 通过对该桥检测与荷载试验的主要资料进行分析，得 到了挠度测试结果、应变测试结果，其中挠度测试结果如 图７所示（限于篇幅，仅列出工况一）： ［３］刘金福．服役２０年预应力混凝土连续梁桥静载试 验研究 桥梁建设，２０１３，０５：７５—８０． ［４］陈新新．大跨度预应力混凝土连续梁桥施工技术 Ｕ】＿科技创新导报，２０１０，０５：６３—６４． ［５］邵华英，刘旋云，周德预应力混凝土连续梁桥维 修加固技术的对比研究ＵＪ＿中外公路，２０１０，０３：１９８—２０２． 图７荷载一弹性变位曲线（工况一） 【６Ｊ王彤，杨志武，刘和．体外预应力混凝土连续 梁桥设计理论研究 通过对试验数据进行分析，得到以下试验结果： １）荷载试验各工况的荷载效率系数为０．８～１ ０５， ，辽宁省交通高等专科学校学报 ２００６，０１：４－６． ［７】王瑞雪．预应力混凝土连续梁桥裂缝的分析Ｕ】．今 日科苑，２００８，０４：１６２． 【８公路桥梁承载能力检测评定规程．８］ＪＴＧ／ＴＪ２１—２０１１． 根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》 ，满足相关规定； ２）试验过程中主梁实测变形及应变值小于理论计算 值，且残余变形小于０．２，说明桥梁结构试验过程中处于 弹性工作状态，受力性能满足汽一２０ｉ挂一１００设计的刚 度及强度要求。 中华人民共和国交通运输部，２０１１． ３）在静载试验期间，该桥箱梁未发现可见裂缝，测 试桥墩基础未观测沉降，无其它异常情况。 （上转第５６页） 史建筑保护的经验。 例。专业师生团队历经多次实地测量调研，大量查阅文字 和影像资料，最终拟建建筑模型，并完成施工图绘制，现 ５结语 时代变迁，见证沧桑繁华，打磨着属于一个时代一个 城市的记忆。中东铁路附属建筑是我们发掘历史的重要依 已基本完工。 参考文献 据，它时刻告诫我们这一栋栋漂亮的房子，都已经成为侵 略者至今无法抹去的印迹。我们当代人对这样一段历史， ｆ１１韩文峰，王旭东，谌文武，等．初议文物古迹保护 １工程地质学架构［ｃ】工程地质力学创新与发展暨工程地质 研究室成立５０周年学术研讨会论文集．２００８． 不应该去回避它，而是应当非常理性的去认定它，铁路是 无罪的，建筑是清白的，它本身给予这座城市的作用是积 极的。 【２】李炳坤．大遗址保护项目管理研究【Ｄ】．华南理工大 学，２０１４． 东正教堂修缮设计是在吉林建筑大学老师倡导下，德 惠市与沈阳铁路局积极配合下的一次历史建筑保护实 ７４ ，ｆ３袁晓．中国南方古瓷窑遗址保护研究【３１Ｄ】．东南大学 ２００５．
