25米箱梁靜載試驗(yàn)及分析

任慶國(guó)，苗蘭弟（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西渭南714099）

25米箱梁靜載試驗(yàn)及分析

任慶國(guó)，苗蘭弟
（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西渭南714099）

摘要：針對(duì)某高速公路25米箱梁進(jìn)行了靜載試驗(yàn)。主要是通過(guò)對(duì)試驗(yàn)截面進(jìn)行逐級(jí)加載，觀測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和撓度。將觀測(cè)結(jié)果和理論值進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)合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，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性能。

關(guān)鍵詞：高速公路；箱梁；靜載試驗(yàn)；應(yīng)變；撓度

D01：10.19329/j.cnki.1673-2928.2016.04.019

1工程概述

某高速公路工程設(shè)計(jì)荷載為公路Ⅰ級(jí)，雙向六車道，橋面寬度2×16.75m。本次靜載試驗(yàn)選取S3合同預(yù)制單片25m預(yù)應(yīng)力小箱梁，為中跨中梁（左3-3中梁）。試驗(yàn)梁示意圖見(jiàn)圖1。

圖1　試驗(yàn)梁示意圖

2檢測(cè)項(xiàng)目及依據(jù)

2.1檢測(cè)項(xiàng)目

①確定箱梁結(jié)構(gòu)控制截面的應(yīng)變分布情況，包括中性軸高度、截面應(yīng)變分布、應(yīng)變與荷載效率的關(guān)系、實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值的對(duì)比［1-2］；

②通過(guò)分析在試驗(yàn)荷載下單梁跨中撓度情況，評(píng)估結(jié)構(gòu)的整體剛度［1-2］。

2.2檢測(cè)依據(jù)

試驗(yàn)依據(jù)《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》（JTG D62-2004）、《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）、《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》（最終建議）、《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1-2004）及相關(guān)的設(shè)計(jì)、計(jì)算文件進(jìn)行檢測(cè)。

3靜載試驗(yàn)檢測(cè)內(nèi)容及方法

本試驗(yàn)主要是通過(guò)對(duì)試驗(yàn)截面進(jìn)行逐級(jí)加載，觀測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和撓度，進(jìn)而判斷結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性能。

3.1試驗(yàn)截面的選取

根據(jù)預(yù)應(yīng)力小箱梁結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)的施工條件，選取跨中截面A截面、L/4截面（B截面）進(jìn)行應(yīng)變和撓度試驗(yàn)。

3.2承載能力檢算及試驗(yàn)加載方案

3.2.1承載能力檢算

在靜載試驗(yàn)開(kāi)始之前，首先采用MIDAS CIVIL2010計(jì)算軟件對(duì)箱梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力計(jì)算分析，計(jì)算模型見(jiàn)圖2。

圖2　箱梁三維實(shí)體模型

3.2.2試驗(yàn)加載方案

加載概況。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，本次靜載試驗(yàn)采用預(yù)制空心板進(jìn)行加載試驗(yàn)，每片空心板重約120kN，長(zhǎng)度L=10m，共計(jì)9片，總重約為1080kN。

試驗(yàn)荷載布置。本次荷載試驗(yàn)共進(jìn)行5次加載，所加荷載均對(duì)稱于箱梁跨中A截面，試驗(yàn)荷載布置見(jiàn)圖3。

3.2.3試驗(yàn)荷載

本次試驗(yàn)加載，按照委托單位要求單梁加載至2倍的設(shè)計(jì)荷載。經(jīng)計(jì)算分析，左3-3#箱梁，二期恒載產(chǎn)生內(nèi)力為1515 kN·m，設(shè)計(jì)活載產(chǎn)生內(nèi)力為1228 kN·m。

圖3　荷載布置圖

表1　加載內(nèi)力表

表2　分級(jí)加載表

3.3靜載試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置

跨中截面（A截面）及L/4截面（B截面）均布置3個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)，支點(diǎn)截面布置2個(gè)撓度修正測(cè)點(diǎn)，共設(shè)8個(gè)測(cè)點(diǎn)，如圖4。

本試驗(yàn)選擇兩個(gè)應(yīng)力（應(yīng)變）測(cè)試截面，即跨中截面和L/4截面。跨中截面（A截面）的梁和腹板均布設(shè)5個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)；L/4（B截面）僅在梁底布設(shè)3個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，如圖5所示。

4靜載試驗(yàn)結(jié)果及分析

本試驗(yàn)選取了跨中截面及1/4截面兩個(gè)截面做應(yīng)變及撓度試驗(yàn)，本文只針對(duì)跨中截面試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

4.1梁底應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果與分析

4.1.1應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果列表

跨中截面（A截面）的梁底5個(gè)測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)變結(jié)果如表3所示。

圖4　撓度測(cè)點(diǎn)布置圖

圖5　應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置圖

表3　跨中截面（A截面）梁底各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)變值（單位：me）

4.1.2應(yīng)變檢測(cè)校驗(yàn)系數(shù)評(píng)定

校驗(yàn)系數(shù)η為某一測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變實(shí)測(cè)值與理論值的比值：η=S實(shí)測(cè)/S理論，它是評(píng)定橋梁結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)，確定橋梁承載能力的一個(gè)重要指標(biāo)，在實(shí)際運(yùn)用中，同一荷載作用下的實(shí)測(cè)值與理論值應(yīng)盡可能接近。一般情況當(dāng)η＜1時(shí)，表明橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能較好，滿足使用要求；當(dāng)η＞1時(shí)，表明橋梁結(jié)構(gòu)工作性能較差，應(yīng)降級(jí)使用，限速限載并進(jìn)行加固或改建【3】。

表4　跨中截面（A截面）梁底各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)評(píng)定

由表4可知，該截面的5個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變均滿足《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》規(guī)定的混凝土橋梁應(yīng)變（或應(yīng)力）校驗(yàn)系數(shù)一般≤1的要求。說(shuō)明該截面強(qiáng)度滿足橋梁規(guī)范要求。

4.1.3應(yīng)變實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值線性關(guān)系分析

從表4可以看出，梁底5個(gè)測(cè)點(diǎn)應(yīng)變檢測(cè)中，A-1測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變值最大，圖6給出了測(cè)點(diǎn)應(yīng)變實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值的關(guān)系曲線。

圖6A-1測(cè)點(diǎn)應(yīng)變實(shí)測(cè)值與計(jì)算值線性關(guān)系

由圖6可知，測(cè)點(diǎn)A-1的實(shí)測(cè)值與理論值成線性關(guān)系，線性相關(guān)系數(shù)平方值為0.9919。

4.1.4殘余應(yīng)變?cè)u(píng)定

橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)還可用實(shí)測(cè)殘余應(yīng)變（Sp）與實(shí)測(cè)最大應(yīng)變（Stot）的比值來(lái)衡量，比值越小，橋梁結(jié)構(gòu)就越接近彈性工作狀態(tài)，通常要求兩者的比值≤0.20。

表5　跨中截面（A截面）梁底應(yīng)變測(cè)點(diǎn)殘余應(yīng)變

由表5可以看出，梁底5個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余值均小于0.2，殘余應(yīng)變滿足規(guī)范要求。

4.2變形檢測(cè)結(jié)果與分析

4.2.1變形檢測(cè)結(jié)果列表

跨中截面（A截面）各測(cè)點(diǎn)變形實(shí)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6　跨中截面（A截面）各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)變形值（單位：mm）

4.2.2變形檢測(cè)校驗(yàn)系數(shù)評(píng)定

變形檢測(cè)校驗(yàn)系數(shù)和應(yīng)變檢測(cè)校驗(yàn)系數(shù)表達(dá)方式相同，仍用η=S實(shí)測(cè)/S理論表示，相關(guān)要求及評(píng)定方法也相同。一般要求預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁變形檢測(cè)校驗(yàn)系數(shù)常值范圍：變形η=S實(shí)測(cè)/S理論≤1.0。

由表7可以看出，3個(gè)變形測(cè)點(diǎn)的校驗(yàn)系數(shù)均小于1.0，符合規(guī)范常值范圍，因此可以判定，A截面剛度較好，滿足規(guī)范要求。

表7　跨中截面（A截面）各測(cè)點(diǎn)變形校驗(yàn)系數(shù)評(píng)定

4.2.3變形實(shí)測(cè)值與計(jì)算值線性關(guān)系分析

跨中截面（A截面）變形檢測(cè)中A1測(cè)點(diǎn)變形值最大，圖7給出了測(cè)點(diǎn)變形實(shí)測(cè)值與計(jì)算值關(guān)系曲線。

由圖7中可以看到，測(cè)點(diǎn)A1變形實(shí)測(cè)值與計(jì)算值線性關(guān)系良好，線性相關(guān)系數(shù)平方值為0.9983。

圖7A1測(cè)點(diǎn)變形實(shí)測(cè)值與計(jì)算值線性關(guān)系

4.2.4殘余應(yīng)變?cè)u(píng)定

實(shí)測(cè)殘余變形（Sp）與實(shí)測(cè)最大變形（Stot）的比值越小結(jié)構(gòu)越接近彈性工作狀態(tài)，一般要求≤0.20。

由表8可以看出，3個(gè)變形測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余值均小于0.20，滿足規(guī)范要求。

表8　跨中截面（A截面）撓度測(cè)點(diǎn)殘余變形

4.3腹板應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果與分析

4.3.1應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果列表

該箱梁跨中截面（A截面）腹板布設(shè)5個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，用以測(cè)定截面中性軸高度，各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變實(shí)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表9。

表9　跨中截面（A截面）腹板各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)變值 （單位：me）

4.3.2截面中性軸高度評(píng)定

圖8給出了最大級(jí)試驗(yàn)荷載下實(shí)測(cè)應(yīng)變沿截面高度的分布情況，從圖中可以看出，實(shí)測(cè)應(yīng)變沿截面高度呈線性分布，截面變形基本符合平截面假定［4］。

5靜載試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定

5.1檢測(cè)結(jié)論

①在試驗(yàn)荷載作用下，該梁應(yīng)變檢測(cè)截面應(yīng)變實(shí)測(cè)值均小于理論計(jì)算值，且變化趨勢(shì)與計(jì)算值一致，實(shí)測(cè)最大應(yīng)變值為A-1測(cè)點(diǎn)，實(shí)測(cè)應(yīng)變?yōu)?02.1me，理論計(jì)算值為361.3me，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)為0.84。各測(cè)點(diǎn)在最大級(jí)加載工況下，校驗(yàn)系數(shù)均未超過(guò)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》規(guī)定的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁應(yīng)變（或應(yīng)力）校驗(yàn)系數(shù)值不大于1的要求。應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果表明測(cè)試梁體抗彎強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

圖8　實(shí)測(cè)應(yīng)變沿截面高度分布圖

②在試驗(yàn)荷載作用下，該梁撓度檢測(cè)截面撓度實(shí)測(cè)值均小于理論計(jì)算值，且變化趨勢(shì)與計(jì)算值一致，實(shí)測(cè)最大撓度值為A 1測(cè)點(diǎn)，實(shí)測(cè)撓度為15.59mm，理論計(jì)算值為22.93mm，撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.68，校驗(yàn)系數(shù)均符合《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》規(guī)定的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁撓度校驗(yàn)系數(shù)不大于1的要求。撓度檢測(cè)結(jié)果表明測(cè)試梁體剛度滿足規(guī)范要求。

③應(yīng)變及撓度相對(duì)殘余最大值為0.09，滿足《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》中第8.3.1條規(guī)定S’P≤20%的要求。

④在試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)試驗(yàn)梁體進(jìn)行裂縫觀測(cè)，在各級(jí)加載工況下，各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變無(wú)畸變及退化現(xiàn)象，說(shuō)明測(cè)點(diǎn)位置截面未開(kāi)裂，梁體表面未發(fā)現(xiàn)有裂縫出現(xiàn)。

5.2結(jié)果評(píng)定

根據(jù)25m小箱梁（左3-3中梁）單梁靜載實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果及理論計(jì)算結(jié)果，可以得出如下結(jié)論：在試驗(yàn)加載至1.84倍設(shè)計(jì)活載的工況下，預(yù)制25m預(yù)應(yīng)力小箱梁（左3-3中梁）滿足規(guī)范要求。

參考文獻(xiàn)：

［1］彭灝.鋪裝層縱向裂縫對(duì)靜載試驗(yàn)結(jié)果的影響分析［J］.城市建設(shè)理論研究（電子版），2012（28）：1919-1920.

［2］李仲玉.基于靜載試驗(yàn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)性能分析實(shí)例［J］.交通世界（建養(yǎng)機(jī)械），2012（7）：230-231.

［3］李陽(yáng).立交橋靜載試驗(yàn)方案及分析［J］.城市建設(shè)理論研究（電子版），2012（8）：2095-2104.

［4］申桂柳，袁莉莉.鋼-混凝土曲線簡(jiǎn)支組合梁橋成橋靜載試驗(yàn)研究［J］.城市建設(shè)理論研究（電子版），2015（6）：2095-2104.

（責(zé)任編輯：郝安林）

中圖分類號(hào)：U441+.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1673-2928（2016）04-0063-05

收稿日期：2015-10-22

作者簡(jiǎn)介：任國(guó)慶（1980-），男，碩士，陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：光電子器件。

Static Load Test and Analysis of 25m Boxed

Ren Qingguo1，Miao Landi2
（Shanxi Railway Institute，Weinan 714099，China）

Abstract：A static load test of 30m boxed was made in a certain expressway engineering.In the test，the working performance，deflection and stress，of the precast girderwere both tested at different load effect levels.Then，comparing and studying the observation results and theoretical values，combined with the design specification of highway reinforced concrete and prestressed concrete bridges and culverts，judging the safety and stability of the structure.

key words：expressway；boxed girder；static test；strain；deflection