缺陷修復后的40mT梁承載能力評定

張會川　薛紅正　李現科

摘 要：荷載試驗是測定橋梁結構設計與施工質量的有效方法，可以驗證橋梁結構理論與設計方法，檢測和判斷橋梁結構的實際承載能力。本文通過靜載試驗，對缺陷修復后的40 m T梁進行了承載能力評定。試驗結果表明，主梁的缺陷修復不影響該梁的總體承載能力，該梁承載能力滿足正常使用的設計要求。

關鍵詞：荷載試驗;承載能力;T梁;缺陷修復

中圖分類號：U441文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）14-0106-04

Evaluation of Bearing Capacity of 40 m T Beam after Defect Repair

ZHANG Huichuan XUE Hongzheng LI Xianke

（Henan Lite Transportation Engineering Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450015）

Abstract： Load test is an effective method to determine the design and construction quality of bridge structures， which can verify the theory and design methods of bridge structures， and detect and judge the actual bearing capacity of bridge structures. In this paper， through the static load test， the bearing capacity of the 40 m T beam after defect repair was evaluated. The test results show that the defect repair of the main beam does not affect the overall bearing capacity of the beam， which meets the design requirements for normal use.

Keywords： load test;bearing capacity;T beam;defect repair

橋梁荷載試驗的目的是通過加載試驗，記錄橋梁在荷載作用下的結構反應，為橋梁結構技術狀況及承載能力評定和日后養護、維修、加固的決策提供科學依據和支持。梁荷載試驗是一種通過施加荷載對橋梁結構或構件的靜、動力特性進行現場試驗的檢測方法[1]，一般包括靜載試驗和動載試驗。靜載試驗是通過在橋梁結構上施加與控制荷載等效的靜態外加荷載，利用檢測儀器設備測試橋梁結構控制部位與控制截面的力學效應的現場試驗。動載試驗是測試橋梁結構或構件在動荷載激振和環境荷載作用下的受迫振動特性和自振特性的現場試驗。荷載試驗是測定橋梁結構設計與施工質量的有效方法，可以驗證橋梁結構理論與設計方法，判斷橋梁結構的實際承載能力;當對結構承載能力不確定時，可采用荷載試驗的方法進行檢測評定。

1 工況概況

某大橋上部結構為1×40 m裝配式預應力混凝土簡支T梁，橋梁設計荷載為公路-Ⅰ級。全橋橫向由6片T梁組成，混凝土設計強度等級為C50，T梁標準橫斷面如圖1所示。在梁的預制過程中，人們發現，該橋4#梁[L4]截面附近因漏振導致混凝土空洞露筋，后對該處進行修補。為了檢測該梁正常使用承載能力是否滿足設計要求，對該橋4#梁進行靜載試驗，測定試驗梁的靜力應變和撓度效應，并與理論計算值進行對比，以評定該梁的承載能力。

2 靜載試驗加載方案

2.1 試驗內容與測點布置

試驗主要選擇控制截面測試結構的應變和位移，如圖2所示，選擇預制T梁三個控制截面（[L4]、[L2]和[3L/4]截面）作為試驗控制斷面，布置位移和應變傳感器。由于該試驗梁已架設于橋上，0#臺處梁底凈空很小，該端支座截面無法布置位移計，故只能在1#臺支點截面位置處布置位移計以測試試驗荷載作用下的支點沉降。混凝土應變計和位移計測點布置如圖3所示，全梁截面實際共布置數碼應變計18個、數碼位移計8個。

2.2 試驗荷載與加載方式

利用橋梁有限元分析軟件Midas/Civil程序，采用梁格法，對整體進行分析，設計荷載為公路-Ⅰ級。測試梁為該橋4#T梁，4#梁跨中截面性質為：[IT]=0.025 34 m4，[I]=0.825 0 m4，[y中]=1.399 m，[A]=1.316 8 m2;計算跨徑為[L]=38.6 m，梁高為2.5 m。混凝土彈性模量[Ec]=3.45×104MPa。按2車道考慮車輛活載，可以計算出（4#中梁），汽車活載的最大橫向分配系數為0.391，沖擊系數[μ]=0.195。二期恒載計入橋面鋪裝、護欄、濕接縫等荷載，按每片梁均分二期恒載，計算每片梁的二期線荷載為12.48 kN/m。車道活載為公路-Ⅰ級：集中力為314.4 kN，均布荷載為10.5 kN/m，考慮沖擊系數。經計算，跨中[L2]截面控制彎矩為4 185.70 kN·m，最大位移為-18.801 mm。

單梁荷載試驗在簡支梁模式下加載，受現場條件限制，采用單點加載，試驗加載方式如圖4所示。按照規范要求，加載效率應保持在0.95～1.05。根據跨中截面影響線，按照試驗荷載布置進行加載，單點加載力[P]=4 185.70×4/38.6=433.75 kN，控制加載效率為1.0。集中力采用千斤頂加載，在[L2]處試驗梁頂面用細沙找平，上鋪鋼板，千斤頂放置在鋼板上，正對T梁中心位置。用另外一片40 m T梁作為千斤頂施加荷載的反力支承點，千斤頂上面墊鋼板，依靠T梁的自重提供千斤頂的反力。

（a） 試驗加載側面圖

（b） 試驗加載正面圖

2.3 試驗儀器與測試方法

試驗混凝土應變采用HY65數碼應變傳感器及數據自動采集系統，混凝土應變計為測試元件，測試范圍為（-1 500～+1 500）με，最小讀數為0.1 με，進行自動采樣，自動記錄附加人工記錄。支點沉降和撓度采用量程為50 mm的HY65數碼位移傳感器作為測試元件，進行自動采樣，自動記錄附加人工記錄。集中力[P0]加載采用油壓千斤頂，電動油泵加壓，人工通過標定過的壓力表控制加載和卸載。在試驗過程中，每施加一級荷載穩定5 min后讀數，之后每間隔5 min讀數一次，待最后一個5 min讀數的變化量小于前一個的5 min增量的25%時，認為已相對穩定，即可施加下一級荷載，直至荷載達到最大試驗荷載，卸載也是如此，試驗荷載分級加載如表1所示。

試驗過程中發生下列情況之一時，即終止試驗：荷載達到預定的最大荷載;加載梁出現較大位移，有可能發生安全問題;加載設備出現異常情況;測試元件出現異常;出現其他影響試驗繼續正常進行的情況。

3 試驗結果與分析

3.1 位移測試結果與分析

位移測點在各級加載下的位移測試值匯總結果如表2所示。表中，位移符號定義如下：下撓為負，上拱為正。各控制截面對支座沉降修正后，實測位移、理論值和校驗系數如表2所示。在試驗荷載作用下，該梁各測點的撓度校驗系數保持在0.48～0.64，最大撓度校驗系數為0.64，小于《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/T J21—2011）中規定的限值1.0[2]，表明該梁剛度滿足設計要求;該梁相對殘余變位最大值為6.62%，小于規定的限值20%，說明該梁在試驗荷載下處于彈性工作狀態。

在各級荷載作用下，主梁荷載-位移曲線如圖5所示，此時，位移曲線形狀與理論位移曲線形狀基本一致，受荷載變化規律影響，[L4]、[L2]和[3L/4]截面的位移與理論值基本符合;在最大荷載作用下，全梁荷載-位移曲線呈中心對稱，呈拋物線形，符合彈性理論計算的結果，說明該梁在試驗荷載作用下處于彈性狀態。

3.2 應變測試結果與分析

取試驗荷載下[L4]、[L2]和[3L/4]截面底板下緣2個應變實測值的平均值與計算理論值比較，計算其校驗系數，結果如表3所示。該梁測試截面各測點的應變校驗系數范圍為0.64～0.72，小于《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/T J21—2011）中規定的限值1.0，表明結構強度滿足設計要求。該梁應變相對殘余比最大值為7.30%，小于規定的限值20%，說明該梁在試驗荷載下處于彈性工作狀態。

3.3 中性軸測試結果

根據[L2]截面混凝土應變，推算[L2]截面梁的中性軸位置，如圖6所示。由圖6可知，中性軸位于1.3～1.5 m區間，與理論計算中性軸位置1.399 m基本相符。

3.4 裂縫及病害觀測

在T梁靜載試驗過程中，觀測關鍵截面和關鍵位置裂縫開展情況，試驗過程中未發現裂縫開展現象;對[L4]截面混凝土空洞露筋修復區域進行重點觀察，修復區域未見病害開展;試驗加載過程中，結果穩定，未見異常現象，試驗加載過程安全[3-4]。

4 結論

荷載試驗是測定橋梁結構設計與施工質量的有效方法，不盡可以驗證橋梁結構理論與設計方法，還可以檢測和判斷橋梁結構的實際承載能力。本文通過靜載試驗對缺陷修復后的40 m T梁進行了承載能力評定，試驗結果表明：在試驗荷載作用下，該梁的位移曲線形狀與理論位移曲線形狀基本符合，位移校驗系數介于0.48～0.64，小于1.0，說明該梁剛度滿足設計要求;在試驗荷載作用下，該梁各控制截面測點的應變校驗系數介于0.64～0.72，小于1.0，說明該梁強度滿足設計要求;該梁位移相對殘余比、應變相對殘余比最大值均不超過20%，說明該梁在試驗荷載下處于彈性工作狀態。本次試驗實測數據的分析結果表明，主梁的缺陷修復不影響該梁的總體承載能力，該梁承載能力滿足正常使用的設計要求。

參考文獻：

[1]交通運輸部.公路橋梁荷載試驗規程：JTG/T J21-01—2015[S].北京：人民交通出版社，2015.

[2]交通運輸部.公路橋梁承載能力檢測評定規程：JTG/T J21—2011[S].北京：人民交通出版社，2011.

[3]交通運輸部.公路橋涵設計通用規范：JTG D60—2015[S].北京：人民交通出版社，2015.

[4]田園，于建洋，鮑琪祥.公路橋梁荷載試驗過程控制要點分析[J].交通世界，2019（19）：108-109.