基于靜載試驗(yàn)的公路橋梁預(yù)制單梁板承載能力評(píng)定

肖宏笛 史曉貞

隨著近年我國(guó)公路交通建設(shè)的快速發(fā)展，各種公路橋梁的建設(shè)也日漸增多。而預(yù)制裝配式梁板以其受力明確、施工簡(jiǎn)便、工藝成熟、質(zhì)量容易把控、經(jīng)濟(jì)美觀等優(yōu)點(diǎn)在我國(guó)中小公路橋梁的建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。為了對(duì)預(yù)制梁板的施工質(zhì)量進(jìn)行控制，在架設(shè)梁板之前，需要對(duì)單梁板的承載能力進(jìn)行評(píng)定，確認(rèn)其施工質(zhì)量是否滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。而現(xiàn)有規(guī)范對(duì)公路橋梁預(yù)制單梁板承載能力評(píng)定的方法并沒有給出明確規(guī)定，與公路橋梁?jiǎn)瘟喊宄休d能力評(píng)定相關(guān)的研究也不多。本文主要依靠工程實(shí)例，探討基于靜載試驗(yàn)的公路橋梁預(yù)制單梁板承載能力評(píng)定。

一、單梁板承載能力評(píng)定理論分析

本文主要參考鐵路單梁承載能力評(píng)定過程中通過內(nèi)力等效來確定試驗(yàn)荷載的方法，并按照公路橋梁荷載試驗(yàn)的規(guī)定，通過靜載試驗(yàn)的方法來評(píng)定公路橋梁?jiǎn)瘟喊宓某休d能力。

本文取用成橋狀態(tài)下汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)值(含沖擊力)和二期恒載作為設(shè)計(jì)荷載，以跨中截面作為試驗(yàn)控制截面，通過結(jié)構(gòu)分析程序計(jì)算設(shè)計(jì)荷載作用下的單片梁板在成橋狀態(tài)下的跨中彎矩，然后按照彎矩等效原則(即裸梁在試驗(yàn)荷載作用下的彎矩與成橋狀態(tài)下的彎矩相等)，反算出裸梁的試驗(yàn)荷載。

二、工程概況

某橋橋跨布置為4×13m，橋?qū)?2.75m，上部結(jié)構(gòu)采用10片預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為公路-I 級(jí)。橋梁橫斷面圖見圖1，計(jì)算參數(shù)見表1 。

圖1 跨中橫斷面圖（單位：cm）

表1 計(jì)算參數(shù)

三、靜力荷載試驗(yàn)

1.試驗(yàn)內(nèi)容

靜載試驗(yàn)主要是對(duì)預(yù)制空心板的抗裂性、強(qiáng)度、剛度等進(jìn)行測(cè)試，具體體現(xiàn)為在試驗(yàn)荷載作用下裂縫觀測(cè)、應(yīng)變和撓度的測(cè)試。

2.測(cè)點(diǎn)布置

以跨中截面作為應(yīng)力應(yīng)變控制截面，以1/4L、和1/2L0及3/4L0支點(diǎn)附近截面作為撓度控制截面（圖2）

圖2 跨中截面應(yīng)變、撓度測(cè)點(diǎn)布置圖

3.試驗(yàn)加載

根據(jù)試驗(yàn)梁板的荷載橫向分布系數(shù)，通過有限元軟件Midas Civil 2017建立梁板單梁模型（圖3），計(jì)算設(shè)計(jì)荷載作用下的單片梁板在成橋狀態(tài)下的跨中彎矩（表2）。

圖3 計(jì)算模型

表2 彎矩計(jì)算結(jié)果

以跨中彎矩等效原則，建立試驗(yàn)梁模型，確定試驗(yàn)荷載（表3）?？紤]現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，試驗(yàn)加載方式采取在梁板跨中9m范圍內(nèi)放置配重梁塊（圖4），以均布荷載的形式分七級(jí)加載、兩級(jí)卸載。

圖4 加載示意圖

表3 加（卸）載程序

四、測(cè)試結(jié)果及其分析

1.裂縫檢測(cè)

試驗(yàn)前對(duì)試驗(yàn)梁板進(jìn)行外觀質(zhì)量檢查，未發(fā)現(xiàn)裂縫，試驗(yàn)過程中、試驗(yàn)結(jié)束后也未發(fā)現(xiàn)裂縫。

2.應(yīng)變測(cè)試結(jié)果及其分析

各測(cè)點(diǎn)在試驗(yàn)荷載作用下，應(yīng)變測(cè)試結(jié)果及其分析見表4、圖5、圖6。

表4 試驗(yàn)荷載滿載作用下各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變測(cè)試分析結(jié)果（單位：με）

圖5 應(yīng)變測(cè)點(diǎn)分析結(jié)果對(duì)比圖

圖6 實(shí)測(cè)應(yīng)變沿截面高度分布圖

根據(jù)表4及圖5可知：在試驗(yàn)滿荷載作用下，實(shí)測(cè)應(yīng)變小于理論應(yīng)變，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)最大為0.81，滿足規(guī)范規(guī)定的不大于1的要求，說明該梁板混凝土實(shí)測(cè)強(qiáng)度滿足試驗(yàn)荷載要求；卸載后，相對(duì)殘余應(yīng)變最大為14.3%，滿足規(guī)范規(guī)定的不大于20%的要求，說明梁板處于彈性工作狀態(tài)。根據(jù)圖6可知，實(shí)測(cè)彈性應(yīng)變沿截面高度的線性關(guān)系良好，符合平截面假定；實(shí)測(cè)中性軸高度為0.295m，與理論值0.301m基本吻合。

3.撓度測(cè)試結(jié)果及其分析

將撓度測(cè)試數(shù)據(jù)經(jīng)支點(diǎn)沉降修正后，計(jì)算出梁板各個(gè)測(cè)試截面在試驗(yàn)荷載作用下的撓度值，測(cè)試結(jié)果及其分析見表5、圖7、圖8。

表5 支座修正后實(shí)測(cè)撓度分析

圖7 撓度沿跨徑方向分布曲線圖

圖8 測(cè)點(diǎn)撓度-荷載關(guān)系曲線

根據(jù)表5及圖7可知，在試驗(yàn)滿荷載作用下，實(shí)測(cè)撓度小于理論撓度，撓度校驗(yàn)系數(shù)最大為0.74，滿足規(guī)范規(guī)定的不大于1的要求，說明梁板的剛度滿足設(shè)計(jì)要求；相對(duì)殘余撓度最大為11.5%，滿足規(guī)范規(guī)定的不大于20%的要求，說明梁板彈性工作正常。根據(jù)圖8可知，加（卸）載過程中荷載撓度曲線基本呈直線，說明該梁板在試驗(yàn)荷載作用范圍內(nèi)基本處于彈性工作狀態(tài)。

4.結(jié)論

通過對(duì)該單梁的抗裂性、強(qiáng)度、剛度三個(gè)方面分析評(píng)定，可知該單梁的承載能力滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)的要求。

五、結(jié)語

隨著這種裝配式梁橋的廣泛應(yīng)用，為了控制施工質(zhì)量對(duì)單梁板承載能力進(jìn)行評(píng)定，將成為這種裝配式橋梁建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理期間一個(gè)重要的組成部分。本文借助工程實(shí)例，通過靜載試驗(yàn)的方法，從該單梁的強(qiáng)度、剛度、抗裂性三個(gè)方面對(duì)其承載能力進(jìn)行評(píng)定，評(píng)定方法科學(xué)、可靠，評(píng)定過程清晰、明了，評(píng)定結(jié)果準(zhǔn)確、合理，對(duì)類似單梁承載能力的評(píng)定具有一定的參考價(jià)值。