市政地下隧道开挖过程中临时钢便桥荷载试验

李健伟，权冬波

(黄河勘测规划设计有限公司)

1 引言

随着国民经济的不断发展，城市建设步伐也不断加快，目前许多城市都在大力发展城市道路，修建地下隧道、地铁、对旧路进行拓宽改造等等。但是也带来许多问题，由于是城市道路，车流量一般较大，尤其在一些道路交叉口，在地下快速通道或者地铁的修建过程中，通常要对原有路面进行开挖，因此在保通过程中必须为市民修建临时通道，即修建临时便桥。所以对临时便桥在使用过程中的静力性能研究也显得尤为重要。

郑州市京广路拓宽改造及地下隧道工程中中原路钢便桥为39 m跨径贝雷梁钢便桥，桥梁上部采用321式贝雷梁，桥面采用钢桥面板，根据设计荷载，边部采用三排单层加强型桁架，中部采用三排双层加强型桁架。基础采用混凝土灌注桩，桩长30 m，桩径1.2 m，桩间距5.2 m，东西两侧各8根，全桥共16根，该桥设计荷载等级为公路-I级。通过该桥的静力荷载试验对其静力性能进行研究。

2 测点布置及加载工况的确定

2.1 试验断面及荷载的确定

由于简支梁桥属于静定结构，受力简单明确，本桥为一跨下承式简支梁结构，设计共1跨，跨径39 m，在测试时选跨中截面和四分之一截面作为测试截面，具体位置如图1所示。

图1 测试截面示意图

为保证试验效果采用等效荷载试验的方法，在选择等效试验荷载时，要使等效荷载试验作用下的控制截面内力计算与评定荷载作用下同截面的内力比(即荷载试验效率)在0.95 ～1.05之间。

通过理论计算得到各个控制截面的弯矩影响线和挠度影响线，在影响线上按最不利位置进行自定义荷载的布载，在保证试验荷载不小于80%的条件下，经计算确定静载试验采用1辆400 kN的重车和1辆230 kN的重车作为加载试验车辆实际试验荷载见表1所示。

表1 加载车辆情况

2.2 试验工况的确定

本次荷载试验共分为2个工况进行测试，具体工况名称及加载位置见表2。

表2 试验工况及测点布置

2.3 测点布置

对于321式贝雷梁下缘的槽钢结构，本次试验在跨中截面和四分之一截面测试车道对应的每片纵梁底缘各布置1个应变测点，在测试截面对应的横梁上各布置一个应变测点，全桥应变测点共计10个。应变计方向均是沿桥纵向布置。

在跨中截面、四分之一截面和支点截面的测试车道纵梁两侧所对应的桥面上布置挠度测点布置挠度测点，半幅桥8挠度测点。

3 静载试验结果分析

3.1 位移测试结果及分析

工况1、工况2情况桥梁在试验静荷载作用下，试验桥跨的跨中截面挠度的实测值、理论计算值及校验系数结果见表3。

南测点 10 16.7 17.64 0.598 8 0.946 7 6.5 10.1 12.77 0.643 6 0.790 9北测点 9.3 15.7 17.64 0.592 4 0.890 0 8.7 12.9 12.77 0.674 4 1.010 2

校验系数为试验荷载作用下实测值与理论计算值的比值，是结构评定的重要指标。由上面表格可见在工况1和工况2情况下，23 t试验荷载作用下该桥的挠度的校验系数在0.59～0.68之间;40 t试验荷载作用下该桥的挠度的校验系数大部分在0.79～1.0之间，四分之一工况加载时北测点产生的挠度校验系数大于1，说明结构刚度不满足公路-I级荷载使用要求。

相对残余挠度见表4，在0.2～3.5 mm之间，残值率在1.9% ～22.3%之间，最大残值 3.5 mm，残值率 22.3%，大于20%，说明结构在正常运营荷载下不是弹性工作状况，不符合公路-I级荷载使用要求。

残余值0.8 0.4 2.8 3.5 0.2 0.3 0.2 0.7挠度值 10 9.3 16.7 15.7 6.5 8.7 10.1 12.9相对残余挠度8.0% 4.3% 16.8% 22.3% 3.1% 3.4% 1.9% 5.4%

4.2 应变测试结果及分析

试验孔各梁在试验荷载作用下，跨中截面下缘混凝土最大拉应变的实测值、理论计算值及校验系数见表5。

表5 工况1、2作用下挠应变分析表(με)

由工况1和工况2的试验结果可见，各片纵梁梁底测点在试验荷载下最大拉应变(应力)基本等于或略大于理论计算值(表4)。由于23 t试验车辆加载时中后轴正好作用在试验断面，而40 t试验车辆加载时没有车轴作用在试验断面，所以40 t加载车引起的横梁应变值小于23 t加载车辆引起的横梁应变值。其中：跨中截面加载时，23 t车引起的应变校验系数为0.51～0.79，40 t车引起的应变校验系数为0.99～1.34;四分之一截面加载时，23吨车引起的应变校验系数为0.58～0.74，40 t车引起的应变校验系数为 0.88～1.07，多数测点的校验系数大于1，表明结构强度不满足公路-I级荷载使用要求。

实测得到的应变残余值为0～11.37之间，通过与前面实测应编值可以得到相对残值率为0% ～9.8%，小于20%，符合规范要求。

4.3 推测适合本桥的车辆荷载

现列出加载车作用下跨中截面挠度和应变的校验系数及平均值，见表6。由表中校验系数可得，应变的校验系数平均值大于挠度的校验系数平均值，以最不利原则选取应变的校验系数平均值作为基准值进行换算。

南测点北测点0.598 8 0.592 4 0.946 7 0.890 0 0.595 6≈0.596 0.918 3≈0.918 0.671 6≈0.672 1.164 7≈1.165

以校验系数为0.9为控制值进行车辆吨位的换算，根据校验系数平均值(23 t为 0.672，40 t为 1.165)，考虑到该桥是单向3车道，计算时需要考虑到车道折减系数0.78的影响。经计算，23 t车的校验系数为0.862，40 t车的校验系数为1.494。对23 t加载车和40 t加载车进行内插计算，得到吨位为24.02 t的车辆所产生的应变校验系数约为0.9。

由实际加载车辆和公路-I级荷载车道作用对比结果可知：23 t加载车引起的结构效应等于公路-I级车道荷载引起的结构效应的42.8%，40 t加载车引起的结构效应等于公路-I级车道荷载引起的结构效应的70%。根据23 t加载车和40 t加载车引起的结构效应占公路-I级车道荷载引起的结构效应的比重，再次内插，得到24.02 t的加载车引起的结构效应等于公路-I级车道荷载引起的结构效应的44.43%。

通过以上论述得到：保证校验系数小于等于0.9的前提下，该钢便桥允许通过的最大车辆吨位为24 t，该吨位引起的桥梁作用相当于公路-I级车道荷载作用的44.43%。综合静荷载试验测试结果，建议该钢便桥进行通行车辆吨位限制，限载24吨。

5 结论

本次静载试验的结果是在各工况荷载试验效率系数满足相关规定的前提下测出来的，所配置的各类检测设备测试的结果准确可靠，测试结果能准确反映结构的受力状态。

(1)通过挠度和应变测试得到该桥刚度和强度均不满足设计荷载公路-I级的使用要求;

(2)以校验系数为0.9为控制值进行车辆吨位的换算，通过结构效应的等价代换，得到该桥允许通过车辆的最大吨位为24 t，并计算出该吨位引起的桥梁作用相当于公路-I级车道荷载作用的44.43%，即该桥承载力下降了65.57%。