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1、摘 要 预应力钢筋砼箱型桥梁加固后通过荷载试验，对加固后桥梁的承载力进行研究。关键词 箱型梁桥 荷栽试验 承载力研究1工程概况泉厦高速公路某大桥，桥梁全长为3087.46m。其中主桥为一联7跨（50m580m50m）预应力砼变截面，分离式左右幅（福州至厦门）桥宽26.5m，单幅上部结构采用单向预应力单箱单室混凝土箱梁，梁宽12.5m，箱宽6.5m，箱梁顶部为2%的单向横坡，采用悬浇施工。箱梁根部梁高4.565m,跨中梁高1.865m，梁高采用二次抛物线变化。下部结构为独柱式主墩配1.5m三排9根灌注桩基础，及2m双柱式交界墩1.5m双排6根灌注桩基础。主引桥交界处采用D240型仿毛勒伸缩缝。主
2、墩及交界墩支座分别采用GPZ-15000DX和GPZ-3000DX盆式支座。设计荷载：汽超-20，挂-120。2 桥梁病害检测情况及结构加固主桥在2000年56月间沿线桥梁定期外观检查中发现以下病害：主桥桥面下挠、箱梁内外侧腹板出现斜裂缝且有多处斜裂缝出现内外贯通的现象,最大裂缝宽度达0.54mm，外观检查评为三类桥。2001年23月对该桥进行全面外观检查，发现腹板最大裂缝宽度达1.50mm，箱内顶板出现多条顺桥向裂缝。全桥支座螺栓卡位的共有36根，且部分卡位的螺栓弯曲变形或嵌入下支座钢板。此次检查与前次检查相比，发现病害加剧，有发展的趋势。根据外观检查的结果分析，该桥箱外的斜向裂缝主要是由于
3、腹板的主拉应力超限引起的结构裂缝。经研究决定对该桥进行维修加固，确定采用在箱内逐跨加厚箱梁腹板并在加厚腹板内布置纵向后张预应力钢束的加固方案；并且切除支座卡位螺栓，必要时更换支座；箱外外露的裂缝采用压浆处理进行裂缝封闭；加固过程中对桥梁的整体结构进行实时监测。3 加固后承载力分析加固改造后，对该桥进行了荷载试验，检验桥跨结构加固效果并评价加固后桥跨结构是否符合设计荷载正常行车使用要求。3.1 静力荷载试验3.1.1理论计算静力荷载试验是通过测量桥梁结构在与设计荷载等效的静力试验荷载作用下的挠度和应变，以确定桥梁结构实际工作状况与理论设计期望值是否相符。本次试验选择基本荷载试验，最大试验荷载为设
4、计标准规定的荷载。理论计算值依据下列公式采用三轴载重汽车等效换算设计汽超-20级、挂-120活载产生的加载控制断面最不利内力效应值，确定试验荷载、加载车辆、轮位。0.8=Sstate/(1+) s1.05 (1) 式中，Sstate实际车辆加载等效荷载效应值； S设计荷效应值； 1+冲击系数。3.1.2 测试内容左幅第二跨跨中控制截面测定挠度值，左幅第四跨跨中控制截面测定应变值和挠度值，左幅3#桥墩支点控制截面测定应变值，并观测加固后桥跨结构原裂缝是否发展和桥体是否产生新的结构裂缝。左幅第二、四跨跨中载面挠度值采用水准仪观测，对左幅第三、四、五跨桥面两侧挠度采用连通管观测。左幅3#桥墩支点控制
5、截面、左幅第四跨跨中控制截面粘贴应变传感器实测应变，并用TDS-303静载数据采集仪进行采集。在第四跨跨中箱内腹板裂缝采用千分表并辅以人工目力观察，同时观测加载后箱外修补的裂缝是否有发生开裂现象及是否出现新的裂缝。挠度和应变测点布设见图、。3.1.3加载车辆及加载工况试验时选用9辆三轴载重汽车进行荷载试验，加载工况如下： 工况1-（13）：左幅第四跨跨中最大正弯矩和竖向挠度加载。（工况1-1上游侧偏载，工况1-2中载，1-3下游侧偏载）见图3。 工况2：左幅3#桥墩支点最大负弯矩加载（中载）见图4工况3：左幅第二跨跨中竖向挠度加载（中载）见图53.2 静力试验结果与分析3.2.1静力试验荷载效
6、率根据公式（）等效换算，本次静力试验荷载效率值为0.961.04,满足大跨径混凝土桥梁的试验方法所规定的要求，静力荷载试验所产生的力学效应能够反映设计荷载汽超-20级、挂-120所产生的力学效应。3.2.2 控制截面实测挠度结果分析（1）控制截面挠度测试结果分析。根据对所测挠度进行整理，对实测挠度进行必要的修正（墩顶的垂直位移、温度等的修正），现将挠度在各工况作用下的实测值、静力试验荷载效率下的挠度理论值、以及卸载后的挠度残余值进行比较分析，结果见表1。 表1 各工况加载挠度实测值与理论计算值比较表及相对残余变形 工况测试截面位置实测值（mm）理论值（mm）=实测/理论相对残余变形工况1-1左
7、幅第三跨中截面17.525.90.681.7%左幅第四跨跨中截面-36.7-47.80.781.6%左幅第五跨中截面16.5022.80.720%工况1-2左幅第三跨中截面17.025.90.660%左幅第四跨跨中截面-35.7-47.80.750.3%左幅第五跨中截面16.022.80.705.9%工况3左幅第二跨跨中截面-30.2-37.40.814.4%工况1-3左幅第三跨中截面18.025.90.690%左幅第四跨跨中截面-37.5-47.80.780%左幅第五跨中截面16022.80.700%备注负值表示下挠由表1可见，试验跨在各工况加载作用下，实测挠度值均小于理论值，控制截面挠度校
8、验系数介于0.660.81之间。挠度相对残余变形均小于20%，满足大跨径混凝土桥梁的试验方法规定，说明桥跨结构处于弹性工作阶段。（2）相邻跨变形状况。 通过连通管法沿桥跨方向实测左幅第三、四、五跨共13个测点在试验荷载作用下的挠曲线变化，实测挠度规律性与理论分析一致，利用水准仪实测的挠度与连通管挠度实测值吻合。挠度实测值、理论值沿桥跨方向纵断面对比示例详见图。 注：图中113分别为左幅第三跨至第五跨每1L/4处测点图 偏载（偏上游侧）时左幅第三至第五跨桥面下游侧测点的挠度图3.2.3 控制截面实测应变结果分析（1）控制截面应变测试结果分析。根据对所测应变进行整理，现将应变在各工况作用下的实测值
9、、静力试验荷载效率下的应变理论值、以及卸载后的应变残余值进行比较分析，结果见表2。表2 加载应变实测值及其理论计算值比较表 工况测试截面位置实测值（）理论值（）=实测/理论最大相对残余应变工况1-1左幅第四跨跨中截面箱内下缘：112下缘：151下缘：0.744%箱外下缘：137下缘：183下缘：0.75工况1-2左幅第四跨跨中截面箱内下缘：108下缘：151下缘：0.707%箱外下缘：130下缘：183下缘：0.71工况1-3左幅第四跨跨中截面箱内下缘：115下缘：151下缘：0.766%箱外下缘：134下缘：183下缘：0.73工况2左幅3#墩支点截面箱内上缘：25上缘：41上缘：0.613
10、%下缘：-28下缘：-45下缘：0.62箱外上缘：22上缘：39上缘：0.56下缘：-32下缘：-54下缘：0.59由表2可见，在试验荷载作用下，控制截面实测应变值均小于理论计算值，控制截面应变校验系数介于0.560.76之间。相对残余应变均小于20%，满足大跨径混凝土桥梁的试验方法规定。同时箱内新浇砼参与结构整体受力。 （2） 左幅第四跨跨中实测控制截面沿梁高实测应变分析。在工况1-2情况下，左幅第四跨跨中截面沿梁高实测应变分布见图，由图可见，在加载工况下，跨中控制截面沿梁高应变分布基本在一条直线上，说明截面受力符合设计平面假定。实测截面中性轴比理论计算中性轴偏高，说明桥面铺装层参与截面整体
11、受力。（3）左幅第四跨跨中截面新旧砼协调受力分析。在跨中截面距中性轴同一位置处箱内外粘贴应变片，在工况1车辆加载作用下，实测应变值见表3。 表3 左幅第四跨跨中截面加载时箱内外同一水平位置实测应变值 测试截面位置工况1-1工况1-2工况1-3左幅第四跨跨中截面箱内112108115箱外118116119备注应变片位置距箱梁底32cm，单位： 由表3可见，在试验荷载作用下，跨中截面箱内外下缘同一水平位置实测应变值基本一致，表明新旧砼能较好地协调参与结构受力。3.3裂缝观察（1）箱内裂缝。 选择左幅第四跨跨中箱内腹板2条裂缝，在试验荷载作用下，利用千分表观测宽度变化，在试验荷载作用下，所选择的箱内
12、腹板裂缝宽度无明显变化。箱内腹板未出现新的裂缝。（2）箱外裂缝。 在短期荷载作用下箱外未出现新的裂缝，同时原修补的裂缝加载前后未出现重新开裂现象。4. 动力脉动试验4.1测试方法和内容 采用脉动法测定自振频率，即在桥面无任何交通荷载以及桥址附近无规则振源的情况下，采用环境随机振动法测定桥跨结构由于桥址处风荷载、地脉动、水流等随机荷载激振而引起的桥梁结构微幅振动响应，以分析桥跨结构的自振特性。4.2 测点布置 右幅第一跨、第二跨、第三、四跨桥面的L/4、L/2、3L/4处布置脉动测点传感器。采用INV智能信号自动采集处理分析系统测定自振频率。4.3 试验结果与分析采用脉动法测定自振频率，对典型测
13、点的结构脉动响应信号进行FFT分析，模态拟合，得出自振频率，振型如图所示，实测右幅一阶竖弯自振频率为2.34Hz。加固前实测自振频率.23 Hz.说明加固后整体刚度加强。图右幅第一阶振型实测结果示例(freq=2.34Hz)5 结束语（1）加固后静力荷载试验结果表明，该桥左幅第二跨在试验荷载作用下，控制截面实测挠度小于理论计算值，左幅第四跨控制截面实测挠度及应变值小于理论计算值，桥跨结构处于弹性工作状态，新增的加厚腹板参与结构整体受力，整体桥跨结构满足汽超20级，挂120设计荷载正常行车使用要求。（2）加固后脉动实验表明，右幅实测一阶竖弯自振频率为2.34Hz，加固前实测自振频率.23 Hz，说明加固后桥跨结构整体刚度加强。
