單梁(板)靜載試驗與分析

■李江樂 ■1.河南城建學院，河南 平頂山 467036;2.西安建筑科技大學，陜西 西安 710055

1 工程概況

鄭堯高速公路魯山縣下湯段公路橋為5 -20m 后張法預應力空心板橋。橋梁全長112m，橋寬:凈7 +2 ×1.0m，橋梁橫向由6 片板梁組成，預制空心板高為0.95m，設計汽車荷載等級:公路-I 級。預制空心板采用標號為C50 的混凝土，板梁的斷面采用部頒標準圖。

2 試驗方案

2.1 試驗目的

該橋在工程建設單位組織的質量大檢查中發(fā)現(xiàn)個別混凝土試塊強度雖然滿足要求，但預制鋼筋混凝土梁的混凝土回彈值偏低，因此對預制鋼筋混凝土梁的整體混凝土強度存在懷疑。為確保工程施工質量，在成品預應力鋼筋混凝土空心板梁中隨機抽取一片板梁進行靜荷載試驗，檢測與分析受檢預應力鋼筋混凝土空心板梁的受力、變形、裂紋開展與分布特性。本文以2 -6 號板為例進行靜載試驗分析。

2.2 結構內力計算

試驗荷載按照均布荷載形式進行布載，試驗梁施加的均布荷載產(chǎn)生的效應應與二期恒載+活載(汽車、人群等)在板梁跨中產(chǎn)生的彎矩等效。采用有限元程序計算結構內力，2 -6 號邊板主要控制截面(L/2截面)內力及加載效率介于0.95～1.05 之間，滿足《規(guī)程》對靜載試驗加載效率的要求。

2.3 測試截面和測點布置

選擇L/4 跨、跨中、3L/4 跨作為檢測控制截面，在控制界面處設置撓度和應變測點。由于試驗過程中支點處可能會有沉降，故在支點處也設置撓度觀測點，對支點沉降影響進行修正。

臨時支撐應設置在支座中心線處，支撐下的地基(臺座)應有足夠強度，在試驗荷載作用下的總壓縮變形量不宜超過試驗結構構件撓度的1/10，且要求支撐頂面水平、清潔。測點布置示意圖如圖1 所示。

圖1 測點布置示意圖

2.4 加載方案

現(xiàn)場加載采用模擬均布荷載的加載方式進行。根據(jù)梁廠實際條件，采用工地上的混凝土預制塊、鋼筋卷、鋼模板等作為加載重物。加載前先對預制塊、鋼模板稱重，按照設計噸位要求，分3 級進行緩慢加載。為消除(減小)非彈性變形影響，應先對試驗梁板進行預壓，然后進行正式加載。每級荷載施加后靜置5～10 分鐘，待變形穩(wěn)定后量測梁體應變與變形，并觀測裂縫(紋)。

3 試驗結果及分析

3.1 撓度結果與分析

理論撓度采用橋梁結構計算程序計算。實測撓度首先應將L/4、L2、3L4 各截面處各荷載階段的沉降值減去兩支點處相應荷載下的平均沉降值，即可得出以上各截面每階段的撓度值。其次，匯總各截面在每個荷載階段時的撓度值且將撓度繪制成圖，對比理論撓度和實測撓度的大小。最后通過分析比較理論值和實測值，確定試驗梁的施工質量及使用性能。

由試驗結果分析可以看出:(1)在各級荷載作用下，控制截面的撓度隨著荷載的變化規(guī)律與理論值基本符合。(2)在最大試驗荷載作用下，跨中撓度實測值為7.34mm，結構位移校驗系數(shù)在0.591～0.727 之間。根據(jù)有關文獻查得預應力混凝土梁的結構位移校驗系數(shù)一般在0.60～1.00 之間，可見，試驗梁的荷載—變形特性正常，梁板結構整體剛度達到了設計要求。(3)在所有各級試驗荷載作用下，試驗梁均未發(fā)現(xiàn)有因加載而產(chǎn)生的裂縫。撓度檢測結果表明:梁板結構變形性能優(yōu)良，整體剛度滿足設計及規(guī)范要求。

3.2 應變結果與分析

實測應變值由儀器自動采集，將每級荷載下混凝土的應變匯總成表，通過與理論應變值相比較可判斷各截面是否在各荷載階段處于彈性變形狀態(tài)。其次，將各荷載階段對梁某一截面上產(chǎn)生的應變繪制成圖，分析該點混凝土應變是否與荷載變化相對應。各級試驗荷載作用下各控制截面應變實測值、理論值及其校驗系數(shù)詳見表1，梁板跨中截面梁底實測應變與理論應變比較見圖2。對照表1 分析可看出:(1)由梁板結構的荷載—應力反應分析可看出:在各級荷載作用下，實測混凝土的應變與理論計算值比較吻合。(2)結構應變校驗系數(shù)在0.726～0.851 之間。根據(jù)有關文獻，正常預應力混凝土梁板結構的應變(力)校驗系數(shù)一般在0.50～0.90 之間，可見，試驗梁的受力特性正常，梁體整體承載能力達到了設計要求。(3)由圖2繪出的跨中截面荷載與梁底應變的關系曲線可見看出，應變隨荷載增長的線性相關系數(shù)為0.9575，線性相關性良好。由此可判定梁體在試驗荷載作用下，混凝土結構在線彈性范圍內工作。

表1 試驗荷載下應變測試結果與應變校驗系數(shù)

圖2 1/2 截面梁底截面實測和理論比較圖

3.3 裂紋觀測及結果

在各級荷載相繼加完以后，觀察梁體是否出現(xiàn)新生裂縫，，主要觀察部位為梁體L/4、跨中、3L/4 處底板、腹板附近，并分類記錄裂縫情況。加載前試件裂紋寬度為0.05～0.15mm，加載后試件裂紋為0.02～0.10mm，受壓區(qū)裂紋基本閉合，梁底附近未發(fā)現(xiàn)裂紋出現(xiàn)，結構的抗裂性滿足要求。

4 結論

通過對該片板梁的靜載試驗與分析可得如下結論。

(1)試驗梁各撓度測試截面荷載—撓度曲線符合線性規(guī)律，表面試驗梁彈性狀況良好。

(2)在各級荷載作用下，實測混凝土的應變與理論計算值比較吻合。

(3)結構撓度、應變校驗系數(shù)均小于1.0，結構承載能力及剛度均滿足設計要求。

(4)在試驗過程中，梁體沒有產(chǎn)生新裂縫，結構的抗裂性滿足要求。

(5)試驗結果與理論分析相吻合，達到了試驗檢測的目的，說明該試驗原理、方法及數(shù)據(jù)處理方法符合實際要求。

［1］王培金.裝配式預應力混凝土小箱梁單梁靜載試驗分析.現(xiàn)代交通技術［J］.2013.6(3).

［2］《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21—2011)［M］.中華人民共和國交通部部標準，2011.

［3］《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》(報批稿)［M］.中華人民共和國交通部部標準，2012.