长期超限移动荷载作用下T梁承载能力试验研究
（1.业京市房地产科学投术研究所，北京100021：2.清华大学土木工程系，北京100084）
【摘要】在北京郊县某损坏简支梁桥工程鉴定的基础上，选取了3根T梁（其中1根已疲劳破坏，另外2根的受荷历史与选取的破坏T聚接近）进行了材料性能及构件的承载能力试验，并对试验结果进行了分析.在材料试验的 基础上，对试验T梁的承载力进行数值模拟计算，并与承载力的试验结果进行了对比，提出了类似桥梁（服役一定年限且存在长期超载运营情况）的承载力验算折减系数.
[关键词】桥梁工程；简支梁桥；超载；T梁：承载力；疲劳试验
[文献标识码】A[文章编号】1002-8498（2013）23-0030-04
[中图分类号]U441
Experimental Study on T-girderBearing Capacity Under Long-term Overrun and MovingLoad
Zhou Sunji' Zhang Tianshen Wei Jianyou(1.Bejing lstiat of Real Ete Scince nd Techolog Bejng100021 Chins; 2. Department ef Cist Engineering Tsinghs Unierily Bejing 100084 China)
Abstract; On the basis of the appraisal of a damaged simply supported girder bridge three T-girdersthe material properties experiments and bearing capacity experiments of the load and the experiment (one is a fatigue failure T-girder and the other two have a similar load history ) are seleeted to carry onresults are also analyzed. Based on material testing the bearing capacity of the experiment T-girders isfurther calculated through numerical simulation which is pared with the real experiment results andat last the checking caleulation reduction factor of the bearing capacity of the similar bridges( with long-term overload history) is given.
Key wordsbridges;simly supported girder bridges;verlod; T-girdersbearing capacity; fatigue testing
我国公路桥涵的设计荷载是根据一个相应年结构部分T梁破坏，检测过程中发现该桥除有常见代交通调查的实际数据经概率统计而得出的，存在的典型病害外，还存在高频率超载引起的构件高应
年代的限制因素，导致在以重载车辆为主的路线力幅下的钢筋疲劳脆断. 上，一些以往修建的公路桥涵成为路线的薄弱环节.
为研究和分析桥梁在长期超限移动荷载作用调查资料表明，大部分超载路线的桥梁都不同下的实际承载能力，本文在对该桥的损伤破坏等原程度出现各种病害.在常见的组合式简支梁桥中因进行工程检测鉴定分析的基础上，选取1根破坏
（无横向连系梁），病害将可能导致桥梁上部结构主T梁和2根对应位置未破坏的T梁进行了相关试验梁间的横向连接基本失效，桥梁横截面上的主梁无研究.单独的一条主梁上，极端情况下直接承受轮载的主梁会因过载等因素而破坏.
法协同受力，车道上的荷载有可能完全作用在轮下1试验构件概况及选取
该桥为东西走向，桥梁中心线与河道斜交10°.全桥共3跨，总长46.42m，宽12.8m.设计荷载为汽-15，挂-80，于1980年7月通车运营.其上部结构为钢筋混土简支宽腹T梁，每跨（净跨15m）有8联系.其混凝土设计强度等级为C18，T梁钢筋采 根T梁，全桥共3跨24根T梁，T梁端部设有横向用16Mn国产钢筋，主筋直径为25mm，跨中剖面如
北京市郊县某桥位于一条较为繁忙的交通路线上，超载车辆较多.在养护过程中发现桥梁上部
图1所示.
2构件的材料性能试验
图1T梁跨中剖面Fig. 1 Mid-span profile of T-girder
T梁为现场预制，采用土法现浇（支座垫砂、砖模砌筑），导致梁表面坑洼不平，再由于冬期施工， 拆模时梁体已存在龟裂及裂缝.2001年，相关部门对该桥的桥面进行重新铺装，铺装混凝土的强度等级达到C40，但未对上部结构T梁进行加固.2007年10月，发现局部桥面凹陷，个别T梁受力主筋焊接接头处疲劳脆断.据相关资料，该桥当时的交通流量约为8500辆/d，30%~40%为超载车辆.截 至当时，整座桥梁已经运营27年.
试验共计选取3根T梁，分别为TL14，TL2-4，TL3-4（均为各跨南起第4根梁），主要考虑到此3根T梁的主要受荷历史基本相同且吊装相对便利.其 中，TL14为已破坏T梁，截取了局部梁体进行材料性能试验.3根T梁在上部结构的具体位置如图2所示.
Fig.2 Selected position of the experiment 图2试验T梁选取位置（单位：cm）T-girders( unit;cm)
1）混凝土材料强度从试验梁上共钻取4组芯样，其中T1-4梁抽取2组芯样，T2-4，T3-4分别抽取1组芯样.试验结果表明，该桥T梁的混凝土强 度（按其建成年代推断）达到了设计要求.
2）混凝土C1含量现场取样测试数值分别为0.014%，0.013%，0.011%，小于《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-20041类环境下最大CI含量为0.30%的限值.
3）钢筋的力学性能及弯曲性能根据《钢筋混
3试验设计
3.1试验仪器及设备
3.2测试方案
3.3加载方案
凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》GB1499.2-2007，试件力学性能满足HRB335要求，也达到了HRB400热轧带肋钢筋的力学性能要求，同时试件的试验结果也满足钢筋实测抗拉强度与实测屈服强度之比≥1.25及钢筋的实测屈服强度与该标准所规定的最小屈服强度之比≤1.30的要求.另外， 钢筋试件的弯曲性能也满足该标准的要求.
4）钢筋的化学成分分析考虑到钢筋中各化学元素含量对结构的疲劳性能可能产生的影响，截明，钢筋的化学成分满足《钢筋混凝土用钢第2 取试验构件钢筋进行化学成分分析.试验结果表部分：热轧带肋钢筋）CB1499.2-2007中规定的HPB335及HPB400的钢筋化学成分要求.
系统（600kN液压千斤顶）、静力试验台座、加载架、 本次T梁加载试验采用的仪器如下：液压加载电阻应变片、电子位移计、百分表、导杆引伸仪、裂缝观测仪、IMP动静态数据采集系统及指令控制计算机等.
量测T梁的跨中、1/4及3/4跨挠度及支座位移，量测T梁的跨中、1/4及3/4跨截面沿截面高度的应变，同时观测支座附近的典型剪切裂缝和关键截面处的裂缝开展.加载过程中以跨中截面的挠度为加载继续与终止控制的变量.
考虑T梁的主要控制截面为跨中截面，为简化试验，采用跨中单点集中加载方式.以50，100，150，200，250，300kN单调分级加载，每加一级荷载，稳定压力3~5min，并同时观察裂缝变化，监控控制 截面位移及应变的变化.当第1次分级加载至250kN时，卸载至50kN，然后再次直接加载至250kN，观察梁体是否有残余变形，此后继续加载，当加载至300kN，梁体变形稳定后，继续加载至梁破坏，如图3所示.
图3试验加载示意Fig.3 Test loading
加载控制采用力-位移混合控制加载方法，当试
4试验结果分析
4.1试验现象
4.3试验结果分析
验荷载300kN时，采用位移-变形控制加载.
加载至250kN时，发现1/4跨处的剪切裂缝无明显变化，但距跨中区域的梁体混凝土裂缝宽度随 荷载增加逐渐变大.待数据全部记录完成后开始缓慢卸载至50kN，1/4跨处的剪切裂缝无明显变化，跨中截面附近区域最大裂缝宽度有所减小.重新加载至梁体破坏，加载过程中发现梁体裂缝多数无进一步开展，但跨中区域处裂缝宽度增长较快. 当荷载加至听到混凝土“啪”压碎声音，部分梁底混凝土碎渣掉落，试验机显示压力回落，判定梁体钢筋已经屈服，此时改为位移控制加载，当试验机压力数据明显回落，判断梁体已经完全破坏，停止加载.剔除破坏位置的混凝土，发现部分梁底钢筋 已经断裂，断裂部位为钢筋焊接接头位置.根据T梁钢筋断裂的情况（钢筋断面平滑无颈缩）及T梁试验加载的过程判断，钢筋的破坏形态与该桥在运营过程中T梁钢筋破坏形态相同，应同属劳脆断.
4.2截面弯矩-曲率曲线及卸载恢复力曲线
根据试验数据进行处理，得出2根试验T梁各测试截面弯矩-曲率变化图及卸载后再加载的跨中截面荷载-挠度曲线图，具体如图4~6所示.
图4TL1跨中及1/4与3/4跨弯矩-曲率曲线Fig.4 Moment-curvature curves in mid-span 1/4-span and 3/4-span for TL1
中，均位于钢筋断裂处（跨中截面附近的钢筋焊接 在试验中，2根梁的破坏截面未位于严格的跨搭接接头处），部分钢筋的断裂使得该处截面钢筋
图5TL2跨中及1/4与3/4跨弯矩-曲率曲线Fig.5 Moment-curvature curves in mid-span 1/4-span and 3/4-span for TL2
图6TL1，TL2跨中卸载再加载荷载-绕度曲线 Fig.6 Load-deflection curves of mid-spanunloading and loading for TL1 and TL2
截面积减小，形成最不利截面，导致梁体在该处先行破坏.
从各截面弯矩-曲率曲线来看，各梁的1/4跨及3/4跨弯矩-曲率曲线斜率随着曲率增加而逐渐减 小，表现出抗弯刚度减小的特征，这是由于裂缝不断开展的原因.而各梁跨中截面的弯矩-曲率曲线在最后的斜率有增高趋势，这是由于2根试验梁的破坏截面均未出现在梁的跨中截面所致.
根试验梁均有残余变形，变形量为2-5mm，但再次 从图6可以看出，在卸载至50kN的情况下，2加载至250kN后，残余变形基本变为0，表明在正常
测跨中截面承载力明显小于数值模拟计算值，为此建议在对其他类似桥梁（服役一定年限且存在长期超载运营情况）进行承载力验算时，可考虑对其设计承载力进行适当折减（折减系数可取0.7~0.8）.
的重复荷载作用下，梁的刚度退化不明显.
考虑本次试验的样本较少，取TL1下降平台的极限荷载作为该桥T梁的试验极限荷载，即取300kN作为其试验极限荷载.
不明确，故关于简支T梁在长期超载作用下承载能 由于本试验中样本有限，且试验梁原受荷历史力的评估仍需进一步积累资料进行研究.
5T梁承载能力数值模拟分析
在进行数值分析时，混凝土采用下降段为二折线的本构关系模型，钢筋选取考虑强化阶段的本构关系模型，根据材料实际测定值确定本构模型的相关参数.通过编程计算得出钢筋屈服时的抗弯承载力M，及钢筋进人强化阶段截面理想的塑性抗弯 承载力M，具体的弯矩-曲率曲线如图7所示，图中实测TL1及TL2的弯矩-曲率曲线已考虑梁自重弯矩的修正.
参考文献：
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图7跨中截面数值模拟计算弯矩曲率曲线Fig. 7 Moment-curvature curves for numericalsimulation calculation in mid-span section
具体TL1及TL2在钢筋屈服时弯矩和截面进人塑性阶段的极限弯矩如表1所示.
辽宁公铁立交桥威功转体
程-丁家沟公铁分离式立交桥完成上转盘承台 辽宁建兴高速公路项目重点控制性节点工施工，这标志着该桥已完成转体结构施工.这也是辽宁省有史以来第一次在高速公路施工中采用转体桥施工方式，可称为“辽宁高速第一转”.
表1跨中截面抗弯承载力实测与理论计算对比Table 1 Comparison of measured and theoretical values of flexural capacity in mid-span section
承载力 类别 （kNm）（kNm）（kNm） TL1/TL2/数值模拟计算/ (1)/(3)(2)/(3)（1）（2） (3)M M 1391168617050.8170.989 0.8190.914
轴线位置制作浇注或拼接成型后，通过转体就位的 桥梁转体施工工艺是指将桥梁结构在非设计一种施工方法.转体施工不影响交通，节省用料，施工工序简单、迅速，社会效益和经济效益显著.转体结构是转体施工的关键环节，主要包括转体下盘、球、转体上盘撑脚与滑道、转体上盘、转体牵 引系统.转体结构的安装质量直接影响着后续转体施工的成败.
伤，且梁内部分钢筋疲劳破坏，截面抗弯承载力明 从表1可以看出，由于桥跨T梁钢筋的疲劳损显降低.为安全起见，在对服役一定年限且存在长期超载应力作用下的桥梁T梁截面抗弯承载力进行评估验算时可采用0.7-0.8的修正系数.
丁家沟公铁分离式立交桥即跨铁路转体桥，全长688m，其主桥长160m，下部基础构造采用桩基础、薄壁墩，上部构造为T型钢构、现浇箱梁，跨越 秦沈客运专线.为最大限度减少对铁路客运的影响，该桥采用平面转体施工技术，转体部分长138m，转体角度69°.
6结语
材料性能试验结果表明，该桥在长期运营后，非开裂截面处混凝土及钢筋的力学性能退化不明显；钢筋焊接搭接接头处的钢筋疲劳破坏是导致构件承载能力降低的主要原因：在正常的荷载循环下，已存在疲劳损伤的试验梁的刚度退化不明显； 通过与数值模拟分析结果对比，发现试验T梁的实
（摘自《中国建设报》2013-12-02）
