橋梁單片梁試驗(yàn)方法及注意問題

李濟(jì)民

0 前言

簡支梁橋現(xiàn)廣泛應(yīng)用于橋梁實(shí)際工程建設(shè)中，該結(jié)構(gòu)體系橫截面的形式多采用肋形截面，它包括T形梁、I形梁、板梁和小箱梁等。為保證工程質(zhì)量，對(duì)于每個(gè)批次或每種結(jié)構(gòu)形式，至少抽檢1片單片梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)檢測(cè)，從而評(píng)定該結(jié)構(gòu)是否滿足承載能力的要求。

1 荷載效率確定方法[1][3]

單片梁試驗(yàn)以彎矩作為控制值，需要考慮的荷載包括二期恒載，人群荷載和車道荷載，對(duì)以公路橋梁來說車道荷載為公路I級(jí)或公路II級(jí)，并需要計(jì)算沖擊效應(yīng)。

1.1 橫向分布系數(shù)法確定設(shè)計(jì)彎矩值

承受多列車隊(duì)移動(dòng)荷載的橋跨結(jié)構(gòu)，其截面內(nèi)力理應(yīng)采用空間結(jié)構(gòu)理論進(jìn)行分析，但為了便于應(yīng)用《結(jié)構(gòu)力學(xué)》中的平面桿系結(jié)構(gòu)理論完成分析，工程上便采用了簡化的計(jì)算方法，即取橫截面中的任意一片梁單獨(dú)分析，分配給該梁上的車輛荷載可用車輛軸重與修正系數(shù)m的乘積來代替，此修正系數(shù)便是橫向分布系數(shù)。簡化的方法有：杠桿法、剛性橫梁法、修正的偏心壓力法、鉸接板法、剛接板法、G-M法等，上述簡化計(jì)算方法的采用應(yīng)根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)型式來選取。

1.2 空間有限元分析法確定設(shè)計(jì)彎矩值

可以通過應(yīng)用空間有限元軟件，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)物進(jìn)行模擬，如應(yīng)用midas civil等專業(yè)的橋梁分析軟件，建立結(jié)構(gòu)分析模型，然后添加設(shè)計(jì)荷載，便可做相應(yīng)的計(jì)算。

1.3 荷載折減系數(shù)的確定

在進(jìn)行設(shè)計(jì)彎矩值計(jì)算過程中，橋涵設(shè)計(jì)的荷載規(guī)定了兩個(gè)荷載折減系數(shù)，其一為橫向折減系數(shù)，當(dāng)橋梁設(shè)計(jì)車道數(shù)大于2時(shí)，汽車產(chǎn)生的效應(yīng)應(yīng)按規(guī)范予以折減，車道數(shù)越多，其折減系數(shù)變?cè)叫?，但折減后的效應(yīng)不得小于用兩列車布載的計(jì)算結(jié)果。其二稱為縱向折減系數(shù)，當(dāng)橋梁計(jì)算跨徑大于150 m時(shí)，應(yīng)按規(guī)范規(guī)定折減，在多跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)中，按最大計(jì)算結(jié)構(gòu)跨徑計(jì)算縱向折減系數(shù)。

1.4 沖擊系數(shù)

汽車以較高的速度駛過橋梁時(shí)，由于橋面不平整、發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)等原因，會(huì)引起橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，從而造成內(nèi)力增大。為了考慮這個(gè)因素，通過引入一個(gè)豎向動(dòng)力效應(yīng)的增大系數(shù)——沖擊系數(shù)，來計(jì)及汽車荷載的沖擊作用。規(guī)范規(guī)定，按結(jié)構(gòu)不同的基頻，汽車引起的沖擊系數(shù)在0.05～0.45之間變化，其計(jì)算方法為：

當(dāng) f＜1.5Hz時(shí)，μ=0.05

當(dāng) 1.5Hz≤f≤14Hz時(shí)，μ=0.1767lnf-0.0157

當(dāng) f＞14 Hz時(shí)，μ=0.45

式中：f——結(jié)構(gòu)基頻，Hz。

1.5 荷載效率的確定

單片梁實(shí)際加載彎矩值與設(shè)計(jì)彎矩值之比稱為荷載效率系數(shù)，根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》荷載效率系數(shù)宜介于0.95～1.05。

2 應(yīng)變測(cè)量與分析[3]

（1）應(yīng)變測(cè)試點(diǎn)按規(guī)范選定跨中和1/4跨進(jìn)行，在跨中和1/4跨截面沿著高度布置，具體位置為分布在截面應(yīng)力較大的位置為宜，如圖1所示。

（2）應(yīng)變的測(cè)試需注意溫度因素的影響，宜在氣溫比較穩(wěn)定的情況下開始試驗(yàn)。為比較準(zhǔn)確地消除溫度影響，可布置應(yīng)變片時(shí)取用半橋連接來考慮。

圖1 截面應(yīng)變布置示意圖

（3）截面中性軸高度的確定，通常截面中性軸高度按照素混凝土截面來計(jì)算（見表1），但實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明有一定的偏差，如下例試驗(yàn)梁中性軸高度根據(jù)實(shí)測(cè)應(yīng)變計(jì)算為0.45 m，由設(shè)計(jì)圖紙素混凝土截面計(jì)算出的中性軸高度為0.51 m，兩者相差約10%，對(duì)結(jié)果精度有一定影響。所以為精確分析應(yīng)充分考慮預(yù)應(yīng)力鋼索和受力鋼筋對(duì)截面中性軸位置的影響（見圖2、圖3）。

表1 單片梁 L/2跨斷面應(yīng)變測(cè)試結(jié)果（單位：με）

圖2 截面應(yīng)變布置示意圖

圖3 跨中截面應(yīng)變沿截面高度變化圖

3 撓度分析[3]

撓度分析中可按規(guī)范的線性插值方法消去支座沉降位移的影響，撓度測(cè)點(diǎn)主要布置在跨中截面和1/4跨位置，如圖4所示。

圖4 撓度測(cè)點(diǎn)布置及編號(hào)示意圖

試驗(yàn)梁共布置6個(gè)撓度測(cè)點(diǎn),采用電子數(shù)顯百分表測(cè)量各級(jí)荷載下測(cè)點(diǎn)的撓度，以及支座壓縮變形。

4 結(jié)語

本文詳細(xì)敘述了單片梁荷載試驗(yàn)的主要內(nèi)容，特別建議了理論值分析、數(shù)據(jù)采集與分析需注意的內(nèi)容，同時(shí)強(qiáng)調(diào)了應(yīng)變分析中需充分考慮溫度效應(yīng)的影響和中性軸高度位置確定中需考慮的因素，為同類型的試驗(yàn)提供一定的參考價(jià)值。

[1]JTG D60-2004,公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[2]JTGD62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]JTG/T J21-2011，公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程[S].