某立交桥荷载试验研究

张西平，黎 晨

(1.武汉理工大学交通学院，湖北武汉430070;2.武昌工学院土木学院，湖北 武汉430065)

黄石市李家坊立交桥位于桂林南路(引水港至隧道)与沿湖路(陈家湾至下陆)交叉处，呈正交两个方向，其一为桂林南路(引水港至隧道)方向，另一为沿湖路(陈家湾至下陆)方向。立交桥交叉部分结构采用“十”字形连续箱梁，其中桂林南路方向桥跨布置为(7×20 m预制预应力大孔板)+(5×20+25 m预制预应力大孔板+20 m现浇预应力箱梁)+(18.5+23.5+18.5+18.5 m现浇钢筋混凝土“十”字形连续箱梁)+(6×20 m预制预应力大孔板)+(16+4×20+2×16 m预制预应力大孔板);沿湖路方向跨径布置为(6×20 m预制预应力大孔板)+(6×20 m预制预应力大孔板)+(4×18.5 m现浇钢筋混凝土“十”字形连续箱梁)+(6×20 m预制预应力大孔板)+(7×20 m预制预应力大孔板)。

李家坊立交桥桥梁结构形式多样，受力状态复杂。从2004年建成通车至今已运营9年，混凝土箱梁多处破损，且有细小裂纹，并进行过修补。为了掌握主要受力构件承载能力，依据相关规范规程要求，对李家坊立交桥桥梁结构进行荷载试验。

1 荷载试验概况

1.1 荷载试验的目的

(1)了解结构在静力荷载和动力荷载分别作用下的实际工作状态，综合分析判断桥梁结构是否满足设计荷载及其使用性能;

(2)验证设计理论、计算方法和设计中的各种假设的正确性与合理性;

(3)通过荷载试验，建立桥梁结构“指纹”档案，针对桥梁现状，提出相应的处理建议及意见。

1.2 荷载试验内容

(1)桥梁最不利正弯矩效应(对称、偏心加载);

(2)桥梁最不利负弯矩效应(对称加载);

(3)外观、裂缝和温度观测。

1.3 荷载试验加载原则

根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》JTG/T J21－2011，荷载试验采用等效荷载加载，将施工阶段结构的实际荷载作用效应等效成荷载试验时试验车辆作用在结构上的效应。各试验工况下所需加载车辆的数量、车重将根据设计标准活荷载产生的最不利效应值按下式所定原则等效换算而得:

式中:η为静力试验荷载效率系数;Sstat为试验荷载作用下，检测部位变形及内力的计算值;S为设计标准活荷载作用下，检测部位变形及内力的计算值;μ为设计取用的冲击系数，取值均为通过动力分析得到基频并按《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60－2004)计算所得。

1.4 加载模型

利用桥梁结构分析通用软件Midas/Civil 2010，对李家坊立交桥以及引桥分别建立有限元分析模型。立交桥总共5 372个节点，5 801个单元，引桥总共50个节点，60个单元，其有限元模型如图1和图2所示。

图1 李家坊立交桥有限元分析模型

图2 李家坊立交桥引桥有限元分析模型

1.5 试验荷载

根据不同的加载工况选用不同数量的加载车辆，具体参数见表1。鉴于篇幅限制仅列出1号加载车轴距及轮距示意图，具体如图3所示。

表1 加载车辆轴重参数表

1.6 试验控制截面

按照《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21－2011)，依据对连续箱梁桥荷载试验的要求，本次试验选取的控制截面为“十”字形连续箱梁 A、C、D 截面(最大正弯矩)、距 15#墩 1.5 m处B截面(最大负弯矩)以及引桥跨中处G、H截面(最大正弯矩)，分别如图4和图5所示。

图3 3号加载汽车轴重、轴距及平面图

1.7 试验工况

静载试验时，通过结构计算得出的各控制截面的内力影响线，以实际加载车辆按最不利荷载位置布载，获得较大荷载效率。根据加载车辆的实际技术指标，选定了8个加载载位作为此次静载试验工况，各工况试验荷载效率系数见表2。

2 荷载试验结果

2.1 线形检测

分别在主桥14#～15#、15#～16#、Y14#～Y15#梁1/4L、1/2L、3/4L 对称布置6 个挠度测点，Y14#～15#、Y14#～17#跨中布置1个挠度测点，总共布置20个挠度测点;在引桥Y17#～Y18#、25#～26#梁1/4L、1/2L、3/4L对称布置6个挠度测点，总共布置12个挠度测点，详细信息如图6和图7所示。现场静载加载如图8所示。

图4 十字连续箱梁控制截面示意图

图5 预制预应力大孔板(引桥)控制截面示意图

表2 立交桥荷载试验工况效率系数

图6 “十”交叉线形挠度布置图

图7 引桥线形挠度测点图

由于篇幅限制，仅将控制截面A－工况1和控制截面G－工况9的数据列入表3和表4。

2.2 应变检测

分别对控制截面A、C、D(最大正弯矩)、距15#墩1.5 m处B(最大负弯矩)和引桥跨中处G、H(最大正弯矩)应变进行测试。鉴于篇幅限制，仅列出控制截面A和G应变测点布置。A－A截面位置在14#～15#跨的跨中截面上，试验中在梁底面布设5个应变测试点;G－G截面位置在大孔板Y17#～Y18#跨的跨中截面上，试验中在每片箱梁底板布设共9个应变测试点。其应变测点布置分别如图9和图10所示。

由于篇幅限制，仅将控制截面A－工况1和控制截面G－工况的数据列入表5和表6。

2.3 检测结论

根据各工况车辆荷载下应变实测值及应变校验系数可知:

图8 静载试验加载现场

表3 车辆荷载下挠度实测值及校验系数

表4 车辆荷载下挠度实测值及校验系数

图9 A－A截面测点布置图

图10 G－G截面测点布置图

表5 车辆荷载下应变实测值及校验系数

表6 车辆荷载下应变实测值及校验系数

(1)李家坊立交桥主桥各测点应变校验系数η在0.60～0.89之间，均小于1，代表实测结果已接近理论计算结果，且残余应变较小;

(2)李家坊立交桥引桥距汽车作用较远梁段的应变校验系数η在0.61～0.80之间，而汽车作用较近梁段应变校验系数η在1.05～1.10之间，均大于1.0，表明引桥横向联系薄弱，整体性能差，不能很好地起到分散汽车荷载的功能，结构承载能力不满足设计要求。

依据文献［4］，李家坊立交桥主桥结构承载能力满足设计要求，引桥结构应变校验系数部分大于1，承载能力不满足设计要求。

3 结论

李家坊立交桥主桥实测挠度小于并接近理论计算值，卸载后残余变形较小，其实测应力小于并接近理论计算值，卸载后残余变形较小。因此，李家坊立交桥主桥承载能力满足设计要求。

李家坊立交桥引桥实测挠度部分大于理论计算值，卸载后残余变形较大，实测应力部分大于理论计算值，卸载后残余应变较大。因此，李家坊立交桥引桥承载能力不满足设计要求，需要采取相应加固措施保证引桥行车安全。

［1］ 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范:JTG D62－2004［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［2］ 公路桥涵设计通用规范:JTG D60－2004［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［3］ 公路工程质量检验评定标准:JTG F80/1－2004［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［4］ 公路桥梁承载能力检测评定规程:JTG/T J21－2011［S］.北京:人民交通出版社，2011.

［5］ 宋一凡.公路桥梁荷载试验与结构评定［M］.北京:人民交通出版社，2002.

［6］ 杨文渊.桥梁维修与加固［M］.北京:人民交通出版社，1994.