橋梁預應力空心板梁的再利用加載試驗研究

仲秀麗

(江蘇科技大學土木工程與建筑學院，江蘇鎮江212003)

1 試驗背景

隨著城市道路的建設，許多原來位于道路上的舊橋需要進行改建或加固以滿足城市交通發展的要求。預應力混凝土板梁是橋梁的主要承重結構，其質量的優劣將直接影響橋梁的工作狀態、使用性能和安全程度。一些板梁技術狀況良好仍能滿足進一步的使用，進行板梁荷載試驗正是檢驗板梁工作狀態以判斷板梁是否可再利用的一種有效手段。某公路全長16.2 km，設計行車速度為80 km/h，設計荷載為:城－A級。工程部分路段在拆橋過程中有1 380多片20 m預應力混凝土空心板梁，迄今已運營近10年，從工程節約考慮，擬從中挑選技術狀況較好的板梁進行重復利用。拆除板梁橋面全寬24 m，預應力鋼絞線采用標準270級Φj15.24鋼絞線，非預應力鋼筋采用Ⅱ級鋼筋和Ⅰ級鋼筋(GB 1499－79)，鋼板采用A3鋼板(GB 700－79)。預應力混凝土預制板、鉸縫及整體化現澆混凝土等級均為C40［1］。板梁原設計荷載標準為:汽－20，掛－100。

2 極限承載力試驗

2.1 試驗對象的選擇

本次試驗抽取三片外觀狀況不同的板梁進行極限承載能力驗證試驗。以觀察舊板梁是否滿足再利用使用的荷載要求。

本次極限承載能力試驗選擇1#梁、2#梁和3#梁，在鑿除鉸縫和橋面鋪裝后觀察到梁體存在不同程度的破損(詳見表1)。

表1 外觀檢查結果對比表

2.2 測試截面選擇

1#～3#板梁均沿著梁長平均劃分為3個應力測試斷面和5個位移測試斷面。其應力測試斷面分別為梁跨L/4、L/2、3L/4截面處，采用應變傳感器測試梁體相應位置的應變變化;位移測試斷面為左右兩支點截面及梁體L/4、L/2、3L/4截面處(見圖1)，每個位移測試斷面安裝一個百分表和兩個位移計。

圖1 位移測試斷面及測點布置示意

2.3 測點布置

本次試驗位移采集在各個測試斷面分別布設1只百分表和2只位移計，以確保數據的可靠性。

撓度測點:各斷面各布設2只位移計和1只百分表;

應力測點:在板梁的L/4、L/2、3L/4截面的頂底板和腹板分別布設振弦式應變計，頂板兩側各布設1只，沿腹板高度布設3只，底板兩側各布設1只。

3 試驗加載

3.1 加載原理

對板梁施加荷載時要盡量滿足跨中最大彎矩要求，故此板梁一端采用固定鉸支座，一端采用滾動鉸支座［2］［3］。板梁加載示意圖如圖2所示。

采用千斤頂在梁體L/2處進行分級加載(圖2)，總加載量為53 t，分13級加載，荷載從5 t加到53 t，每級相差4 t。在正式加載之前對梁體要先進行預加載，以檢驗整個實驗裝置是否安全可靠，

圖2 梁體加載示意

3.2 試驗步驟

(1)清理場地，建造試驗平臺，保證平臺的標高及強度滿足試驗所需的要求;

(2)安裝試驗板梁，放置加荷用的千斤頂;

(3)對梁體進行預加載，以檢驗整個試驗裝置是否安全可靠，預加載值不超過結構正常使用極限狀態荷載計算值的70%;

(4)預加載完成后對梁體采用力控制分級加載，在加載過程中實時監控和采集數據，每級加載完成后持荷約10 min，然后記錄本級荷載作用下各測點的響應值。

4 實驗結果分析

4.1 撓度測試結果分析

表2給出了主要測試結果的數據，梁荷載－跨中撓度曲線見圖3～圖5。

表2 測試主要結果匯總表

圖3 1#梁荷載－跨中撓度

圖4 2#梁荷載－跨中撓度

圖5 3#梁荷載－跨中撓度

4.2 裂縫分析

三片梁跨中裂縫的測量通過手持式應變儀進行測試，跨中裂縫寬度變化如圖6～圖8。

圖6 1#梁跨中裂寬

圖7 2#梁跨中裂寬

圖8 3#梁跨中裂寬

加載過程中，三片板梁均先在底板出現可見的橫向裂縫，此時加載量為33 t，并隨著荷載的不斷增加，板梁地板的裂縫不斷增多，沿著腹板往上延伸，當荷載加至接近破壞階段時，梁體的裂縫數量基本穩定，延伸高度也沒有進一步發展，而裂縫寬度不斷增大。最終破壞形態均是跨中頂板區域的混凝土被壓碎同時構造鋼筋屈服，底板出現間距約為18 cm的橫向受力裂縫。

按照《公路舊橋承載能力鑒定方法》的規定，對于舊橋，在試驗荷載作用下，主筋附近允許最大裂縫寬度0.25 mm［4］，腹板大部分斜向裂縫允許裂縫寬度為0.30 mm。在荷載作用下，三片板梁的最大裂縫寬度分別為0.15 mm、0.18 mm、0.17 mm，裂縫無不正常開展。在開裂位置鑿出鋼筋，鋼筋無銹蝕跡象。故可得出，三片梁的裂縫滿足使用要求。

5 試驗結論

(1)在梁體開裂前，荷載和撓度線性關系較好，說明板梁處于線彈性工作狀態，其受力性能良好［5］;

(2)三片板梁的破壞形式基本一致，均為跨中頂板區域混凝土壓碎破壞，底板混凝土出現間距較為均勻的橫向裂縫，寬度基本在1 mm左右;

(3)根據測試結果可看出，盡管三片板梁外觀狀況有所差別，但各個加載階段的受力性能基本一致，開裂荷載和破壞荷載也完全相同，說明兩片板梁的承載狀況沒有明顯差別;

(4)本次試驗加載是按照正常使用狀態的最不利情況進行確定的，試驗數據表明三片梁的承載能力和剛度均能滿足二次使用要求。

［1］王麗榮，盛可鑒，丁劍霆.橋梁工程［M］.中國建筑工業出版社，2005

［2］牛國軍，陳芳.市政橋梁荷載試驗檢測分析［J］.質量，2008(2)

［3］徐文平.既有預應力混凝土梁橋承載能力實橋試驗及分析研究［D］.東南大學，2006

［4］公路舊橋承載能力鑒定方法(試行)［S］

［5］公路橋梁承載能力檢測評定規程(征求意見稿)［S］