PC簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋單梁靜載試驗(yàn)研究

作者簡(jiǎn)介：

陸振盛（1978—），高級(jí)工程師，主要從事道路橋梁技術(shù)管理方面的工作。

摘要：文章以某省道新建預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋?yàn)檠芯勘尘埃赥梁預(yù)制場(chǎng)隨機(jī)選取一片T梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，通過分級(jí)加載測(cè)試T梁各截面的撓度、應(yīng)變數(shù)據(jù)，結(jié)合有限元模型計(jì)算的理論值與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證預(yù)制T梁的承載能力及工作性能。結(jié)果表明，試驗(yàn)T梁的剛度、強(qiáng)度、抗裂性均滿足設(shè)計(jì)要求，工作性能良好，可用于實(shí)際工程。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土T梁;靜載試驗(yàn);撓度;應(yīng)變;承載能力

中國(guó)分類號(hào)：U446.1A371353

0 引言

PC簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋是我國(guó)近年來橋梁建設(shè)中較為常用的結(jié)構(gòu)形式，因其既具有簡(jiǎn)支梁橋的特點(diǎn)又有連續(xù)梁橋的優(yōu)勢(shì)，施工技術(shù)成熟，工程造價(jià)低[1]。為了保證新建的PC簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋的施工質(zhì)量，增加橋梁的使用壽命，在T梁預(yù)后安裝前，通常采用單梁荷載試驗(yàn)的方式來驗(yàn)證T梁的承載能力是否滿足設(shè)計(jì)要求[2]。本文以某省道新建PC簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋?yàn)檠芯勘尘埃赥梁預(yù)制場(chǎng)隨機(jī)選取一片T梁進(jìn)行單梁荷載試驗(yàn)，為PC簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋的后續(xù)施工及運(yùn)營(yíng)提供參考依據(jù)。

1 工程概況

某省道新建橋梁采用一聯(lián)5×40 m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)，橋梁全長(zhǎng)207.96 m。橋面全寬12.75 m，橫向布置為：0.5 m（防撞墻）+11.75 m（行車道）+0.5 m（防撞墻），采用瀝青混凝土鋪筑。設(shè)計(jì)荷載為公路Ⅰ級(jí)。下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)采用柱式臺(tái)，橋墩采用柱式墩，墩臺(tái)基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)。上部結(jié)構(gòu)采用C50混凝土，下部結(jié)構(gòu)除樁基礎(chǔ)、系梁、承臺(tái)采用C30混凝土外，其余均采用C40混凝土。橋梁立面布置如圖1所示。

2 T梁靜載試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)內(nèi)容

為確保工程的施工質(zhì)量，保證橋梁上部結(jié)構(gòu)在使用過程中具有足夠的承載力，在預(yù)應(yīng)力混凝土T梁預(yù)制場(chǎng)隨機(jī)選取一片T梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，驗(yàn)證預(yù)制T梁的剛度、強(qiáng)度、抗裂性是否滿足設(shè)計(jì)要求。本次單梁靜載試驗(yàn)主要測(cè)試預(yù)制T梁各截面的撓度、應(yīng)變、抗裂性等性能[3-5]。

2.2 控制截面及試驗(yàn)荷載的確定

運(yùn)用橋梁有限元分析軟件建立預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋單梁有限元模型，采用梁?jiǎn)卧M。本次建立的單梁模型共有40個(gè)單元，41個(gè)節(jié)點(diǎn)。單梁有限元模型如圖2所示。根據(jù)有限元軟件計(jì)算結(jié)果可以得出位于跨中位置處為靜載試驗(yàn)的控制截面[6]。為保證試驗(yàn)準(zhǔn)確可靠，本次加載共分5級(jí)加載，分別為117.6 kN、235.2 kN、352.8 kN、470.4 kN、588 kN。控制截面位置處的試驗(yàn)內(nèi)力及荷載效率計(jì)算結(jié)果如表1所示。

2.3 測(cè)點(diǎn)布置

在預(yù)制T梁的L/4、L/2、L3/4處截面梁底均布設(shè)撓度及應(yīng)變的測(cè)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)跨中腹板布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)試沿梁高的應(yīng)變變化情況。測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示。在加載前后注意觀察T梁的腹板、翼緣板、梁底是否有裂縫產(chǎn)生，若有裂縫產(chǎn)生，則用裂縫觀測(cè)儀觀測(cè)各級(jí)加載情況下裂縫的變化情況[7]。

2.4 加載過程

試驗(yàn)采用MTS多通道結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行加載，采用跨中對(duì)稱加載方式，加載時(shí)應(yīng)保證荷載均勻傳遞到預(yù)制T梁且不出現(xiàn)偏心受壓的現(xiàn)象。將作動(dòng)器安置在分配梁正中，分配梁通過激光測(cè)距儀及尺量工具準(zhǔn)確放在預(yù)制T梁的加載位置。試驗(yàn)加載如圖4所示。

試驗(yàn)采用雙點(diǎn)式分級(jí)加載，分配梁之間的間距為2 000 mm。在正式加載前為了保證試驗(yàn)的安全及準(zhǔn)確進(jìn)行預(yù)加載，待預(yù)加載結(jié)束后，卸載至0 kN開始正式加載。本次試驗(yàn)加載分別按試驗(yàn)荷載的20%、40%、60%、80%、100%進(jìn)行分級(jí)加載，每級(jí)加載結(jié)束時(shí)記錄各測(cè)點(diǎn)撓度及應(yīng)變的數(shù)據(jù)[8]，然后進(jìn)行逐級(jí)卸載，記錄撓度及應(yīng)變的數(shù)值。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 撓度測(cè)試分析

通過對(duì)T梁各截面撓度進(jìn)行測(cè)試，得到試驗(yàn)結(jié)果如表2、表3所示。

由表2、表3可知，在各級(jí)荷載作用下預(yù)制T梁的各測(cè)點(diǎn)位置撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.91～0.92之間，符合規(guī)范中預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋校驗(yàn)系數(shù)<1的規(guī)定。最大相對(duì)殘余變形為6.83%，<20%，滿足《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》（JTG/T J21-01-2015）的相關(guān)要求。通過對(duì)預(yù)制T梁的單梁靜載試驗(yàn)撓度測(cè)試結(jié)果可以看出，該片T梁的剛度較好，恢復(fù)變形能力較強(qiáng)。

3.2 應(yīng)變測(cè)試分析

通過對(duì)T梁各截面梁底應(yīng)變進(jìn)行測(cè)試，得到試驗(yàn)結(jié)果如表4～6所示。

由表4、表5可知，在各級(jí)荷載作用下預(yù)制T梁的各測(cè)點(diǎn)位置應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.84～0.92之間，符合規(guī)范中預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋校驗(yàn)系數(shù)<1的規(guī)定。最大相對(duì)殘余變形為10.04%，<20%，滿足《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》（JTG/T J21-01-2015）的相關(guān)要求[8]。通過對(duì)預(yù)制T梁的單梁靜載試驗(yàn)應(yīng)變測(cè)試結(jié)果可以看出，該橋結(jié)構(gòu)受力情況較好，卸載后具有較好的彈性恢復(fù)能力。由表6可知，在各級(jí)荷載作用下沿梁高位置各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變實(shí)測(cè)值基本呈線形分布，符合平截面假定，實(shí)測(cè)中性軸位置與計(jì)算位置基本相符。

3.3 裂縫觀測(cè)分析

在靜載試驗(yàn)前、試驗(yàn)中及試驗(yàn)后均對(duì)T梁的外觀病害進(jìn)行了檢查，重點(diǎn)檢查是否有裂縫出現(xiàn)。試驗(yàn)前、試驗(yàn)中及試驗(yàn)后對(duì)T梁的腹板、底板、翼緣板分別進(jìn)行了檢查，均未發(fā)現(xiàn)裂縫出現(xiàn)，說明該T梁在荷載作用下，不會(huì)產(chǎn)生裂縫，滿足抗裂性要求，具有一定的安全儲(chǔ)備，可應(yīng)用于實(shí)際工程中。

4 結(jié)語

本文通過對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋的單梁靜載試驗(yàn)，針對(duì)試驗(yàn)梁的撓度、應(yīng)變的實(shí)測(cè)值和理論值進(jìn)行了比較，得到以下主要結(jié)論：

（1）T梁各測(cè)試截面在各級(jí)荷載作用下的實(shí)測(cè)撓度值均小于相應(yīng)的理論計(jì)算值，且各測(cè)點(diǎn)的撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.91～0.92范圍內(nèi)，相對(duì)殘余變形在5.79%～6.83%范圍內(nèi)，均滿足規(guī)范要求，表明該T梁的豎向剛度滿足要求且具有較好的恢復(fù)變形能力。

（2）T梁各測(cè)試截面在各級(jí)荷載作用下的實(shí)測(cè)混凝土應(yīng)變均小于相應(yīng)的理論計(jì)算值，且各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.84～0.92范圍內(nèi)，相對(duì)殘余變形在5.05%～10.04%范圍內(nèi)，均滿足規(guī)范要求，表明T梁的各截面強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求且卸載后有較好的彈性恢復(fù)能力。

（3）T梁在加載過程中，均未發(fā)現(xiàn)有裂縫產(chǎn)生。通過對(duì)該試驗(yàn)梁?jiǎn)瘟红o載試驗(yàn)結(jié)果及試驗(yàn)現(xiàn)象的綜合分析可以得知，試驗(yàn)梁的剛度、強(qiáng)度及抗裂性均滿足設(shè)計(jì)要求，該預(yù)制T梁可應(yīng)用于實(shí)際工程中。

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