20 m預應力混凝土空心板單梁靜載試驗分析★

劉 恒 周志瀚 曾芙霞 曹曉斌

(湖南高速鐵路職業技術學院鐵道工程學院，湖南 衡陽 421002)

0 引言

簡支梁橋是一種常見的橋梁結構形式，其具有受力明確、施工簡單，后期維修養護較容易等優點，因此在中小跨徑橋梁和大型橋梁的引橋部分應用較多。

簡支梁橋的上部結構多采用預制裝配式空心板或T梁結構。為及時發現問題保證橋梁結構的安全，在空心板吊裝之前需對空心板進行外觀、強度質量檢測和承載能力檢測。靜載試驗是一種通過在梁體結構上施加與控制荷載等效的靜態外加荷載，利用檢測儀器測試控制截面力學效應的現場試驗，是一種較準確的測試方法。

1 工程概況

某省道新建橋梁全長128.4 m，上部結構為6×20 m后張法預應力混凝土空心板，采用先簡支后橋面連續施工工藝。橋梁全寬10.5 m=9.5 m(行車道)+2×0.5 m(防撞欄桿)，每跨由6塊中板、2塊邊板組成，板高0.95 m，邊板懸臂長度0.225 m，橫向鉸接處理。橋梁設計荷載等級為公路—Ⅱ級。橋梁縱坡2%，橋面設1.5%的雙向橫坡。空心板采用C50混凝土澆筑，采用抗拉強度標準值fpk=1 860 MPa，公稱直徑d=15.2 mm的低松弛高強度鋼絞線。

為了檢驗該批空心板的施工質量，對該批空心板進行了外觀和強度檢測。在外觀和強度均無明顯問題的情況下，采用隨機抽樣的辦法，由業主、監理、施工單位共同協商，制定2-2號中板進行靜載試驗。

2 理論計算

依據委托方提供的施工設計圖紙，預應力混凝土中板的截面特性如下：橫截面面積為0.555 m2，抗彎慣性矩為0.062 2 m4，抗扭慣性矩為0.111 4 m4。采用鉸接板法計算可知中板荷載最大橫向分布系數為m汽=0.260，按最大橫向分布系數進行計算。在控制截面(跨中截面)的彎矩影響線(如圖1所示)上按最不利位置布置車道荷載，設計荷載標準為公路—Ⅱ級，計入沖擊系數0.215后考慮荷載橫向分布系數及汽車荷載分項系數確定計算彎矩573.2 kN·m。依據JTG/T 321—01—2015公路橋梁荷載試驗規程中有關荷載效率系數介于0.95～1.05之間的規定，確定配重的加載數量和位置。試驗加載采用沙袋堆載，沙袋布置在跨中10 m范圍內，沙袋重0.5 kN/個，本次試驗各梁均需加載320個沙袋，總重量160 kN分4級加載到位，滿載等效荷載效應為569.7 kN·m，效率系數0.99。本實驗計算模型見圖2。

3 試驗方案

3.1 測點布置

空心板跨中截面為控制截面，在跨中截面共布置10片應變片，為消除溫度影響，將溫度補償片貼在該空心板同養試塊上。跨中截面應變測點布置示意圖見圖3。

撓度測點布置在跨中、四分點和支點截面，每一測試截面在空心板底面兩側對稱布置一個百分表進行測試。沿空心板縱向撓度測點布置示意圖見圖4。

3.2 加載方案

試驗荷載采用人工搬運沙袋均勻布置于空心板跨中10 m范圍內，分4級加載，每一級穩定15 min后讀數，最后一次性卸載，對試驗測試數據應進行必要的實時處理分析，判斷結構在各加載等級下的響應，防止結構出現非正常的受力損傷。根據現場情況，對該板采用分級加載。加載分級見表1，加載布置見圖5。

表1 加載分級表

4 試驗結果

4.1 撓度測試結果

考慮堆載、支座、施工質量等因素引起不對稱造成的空心板斜彎曲變形影響，將同一測試斷面兩側撓度測點取平均值后，各級試驗荷載作用下，各測點撓度變化如表2，圖6所示。

表2 跨中最大正彎矩工況測點撓度測試結果 mm

從撓度測試結果分析可知，各測點校驗系數均小于1，滿足規范要求，并有一定的安全儲備。各測點相對殘余變位均小于20%，滿足規范要求，從圖6可以看出，各測點撓度數據隨荷載增大接近線性增加，說明結構接近于彈性工作狀態。

4.2 應變測試結果

考慮堆載、支座、施工質量等因素引起不對稱造成的空心板斜彎曲變形影響，將同一測試高度兩側應變測點取平均值后，各級試驗荷載作用下，各測點應變測試結果見表3，圖7。

表3 跨中最大正彎矩工況測點應變測試結果 με

從應變測試結果分析可知，各測點校驗系數均小于1，滿足規范要求，并有一定的安全儲備。各測點相對殘余變位均小于20%，滿足規范要求，從圖中可以看出，各測點應變數據隨荷載增大呈線性增加，說明結構接近于彈性工作狀態。應變隨高度增加接近線性變化，應變零點距空心板底面高度46 cm，與理論中性軸位置基本重合，與設計截面較擬合，說明空心板施工質量較好。

4.3 裂縫檢查結果

試驗前后均未發現空心板開裂現象，說明空心板抗裂性能滿足規范要求。

5 結語

1)本次空心板靜載試驗效率系數控制在99%，滿足規范中0.95～1.05的要求。

2)空心板跨中最大正彎矩工況下，最大撓度校驗系數為0.85，校驗系數小于1，說明受檢空心板具備較好的豎向剛度；最大相對殘余變位為3.59%，滿足規范中相對殘余變位小于20%的要求，說明受檢空心板在試驗荷載作用下基本處于彈性工作狀態。

3)空心板跨中最大正彎矩工況下，最大應變校驗系數為0.88，滿足規范中校驗系數小于1的要求，說明受檢空心板具備較好的截面強度；最大相對殘余應變為3.77%，滿足規范中相對殘余變位小于20%的要求，說明受檢空心板在試驗荷載作用下基本處于彈性工作狀態。

4)試驗梁在加載前后均未發現可見裂縫。

綜上所述，該空心板在試驗荷載作用下具備較好的剛度和強度，承載力滿足設計和規范要求。