預應力混凝土T梁單梁荷載試驗設計及應用

李雄輝，秦生龍，張亞軍

(浙江交工集團股份有限公司，浙江 杭州 311103)

0 前 言

單梁荷載試驗是驗證預制梁片承載力最直接有效的方法，正確計算單梁的設計荷載，通過試驗設計，加載試驗荷載，通過測量梁體在試驗荷載下的撓度值和應力值，對比理論值，驗證試驗校驗系數(shù)，從而確定預制梁片承載力是否滿足要求，驗證預制T梁是否合格。

1 試驗方案設計

1.1 結構參數(shù)及試驗原則

本文擬對高速公路常用的30 m預制T梁進行單梁荷載試驗方案設計，以路基寬度為25.5 m的分離式路基為代表，以交通部頒發(fā)的先簡支后連續(xù)T梁標準圖的設計梁片為試驗對象，其橋梁標準斷面簡圖如圖1所示。其中，梁片設計參數(shù)為：①跨徑：30 m；②單幅橋梁片數(shù)：6片；③梁間距：2.417 m；④預制梁長：邊跨：29.57 m；中跨：29.30 m；⑤預制梁高：2.0 m；⑥設計安全等級：一級。

圖1 橋梁標準斷面(單位：cm)

荷載試驗應遵循如下原則。

1)在滿足評定橋梁承載能力的前提下，加載試驗項目應抓住重點，不宜過多，一般選取2～3個主要內(nèi)力控制截面。

2)采用各控制截面內(nèi)力、各控制點變形等效的原則，計算試驗的實際加載大小和布載位置。

3)荷載效率系數(shù)不宜過小，否則不能反映出主梁在設計荷載下的工作性能，同時也不宜過大以防結構局部損壞。實際荷載試驗時，試驗效率系數(shù)控制在0.85～1.05，同時注意相應的其他響應值也不超限。

試驗采用的主要設備儀器有：①靜態(tài)應變測試系統(tǒng)；②大量程百分表，量程0～50 mm，分辨率±0.01 mm；③裂縫測寬儀；④其他輔助設備等。

1.2 理論值計算

1.2.1 橫向分布系數(shù)計算

采用剛接板梁法計算T梁的橫向分布系數(shù)，計算跨中橫向分布影響線結果如表1所示，橫向分布系數(shù)計算結果如表2所示。

表1 30 m裝配式T梁橫向分布影響線計算結果表

表2 30 m裝配式T梁橫向分布系數(shù)計算結果表

選取試驗梁片為中跨4#梁，橫向分布系數(shù)為0.447。

1.2.2 試驗荷載效率及載位布置

二期荷載：按8 cm的水泥混凝土鋪裝層+12 cm的瀝青鋪裝層+2個防撞護欄計算，并假定重量由7片T梁均布承擔，經(jīng)計算各T梁在二期荷載及汽車荷載作用下的荷載效應及相應的荷載效率。

q=(0.1×24×16.5+0.08×26×15.5+0.32×26×2)/7=12.66 kN/m

經(jīng)計算，荷載試驗方案確定由公路-Ⅰ級設計荷載和二期荷載控制，由此計算得到荷載效率如表3所示。

表3 試驗主要工況荷載效率

采用堆載鋼筋的方式進行加載(每捆鋼筋的重量為2.7噸，長度為9 m)。試驗時分別在試驗T梁的1/4截面、跨中截面、3/4截面底部和腹板貼電阻應變片，用DH3819靜態(tài)應變測試系統(tǒng)測量加載過程中的應變的變化情況；在T梁的1/4截面、跨中、3/4截面以及支座處設有百分表來測量T梁的撓度變化情況。同時在加載過程中，隨時觀察T梁表面可能出現(xiàn)的裂縫情況。

試驗加載裝置及測點布置如圖2～3所示。

圖2 測點布置及加載示意圖(單位：cm)

圖3 各截面應變測點布置示意圖(單位：cm)

1.3 理論值計算

計算一捆鋼筋在設計布載位置內(nèi)加載時T梁的撓度及應力如表4所示，多級加載數(shù)據(jù)通過加載鋼筋捆數(shù)，累計疊加獲得。

表4 撓度應變理論計算值(1捆鋼筋)

2 試驗過程

根據(jù)設計試驗方案進行現(xiàn)場布點并安裝儀器設備，具體如圖4所示。

(a)應變測點打磨

根據(jù)現(xiàn)場試驗條件，選擇與試驗設計中加載荷載相近的堆載物，由于現(xiàn)場缺少已加工成捆的條形鋼筋，選擇盤形鋼筋進行加載，所用加載盤形鋼筋數(shù)量必須與試驗設計重量一致。

根據(jù)試驗加載(見圖5)，計算各級加載荷載如表5所示。

圖5 加載試驗荷載

表5 實際重物加載表

3 試驗數(shù)據(jù)及分析

通過百分表及應變系統(tǒng)，采集各級加載下試驗梁片的撓度及應變，具體采集數(shù)據(jù)如表6所示,4#梁三級加載縱向撓度曲線見圖6。

圖6 4#梁三級加載縱向撓度曲線

表6 撓度數(shù)據(jù)

對現(xiàn)場應變測試結果進行分析整理，試驗梁應變測試結果以及對應校驗系數(shù)見表7。從實測結果來看，各加載工況T梁截面應變校驗系數(shù)均滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG /T J21—2011)中小于1的要求。

表7 應變數(shù)據(jù)

4 結 論

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21—2011)規(guī)定，荷載試驗加載時控制截面測點的應變、撓度校驗系數(shù)ζ不大于1；主要控制測點的相對殘余應變和相對殘余撓度不大于20%。4#T梁的應變校驗系數(shù)為0.47～0.76，撓度校驗系數(shù)為0.58～0.75，該T梁的應變、撓度校驗系數(shù)均小于1，表明該T梁結構剛度、強度滿足規(guī)范要求。靜載試驗實測數(shù)據(jù)結果表明實測相對殘余應變、相對殘余撓度均小于20%，在《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21—2011)規(guī)定的范圍內(nèi)，說明結構具有較好的線彈性狀態(tài)。綜上所述：4#T梁結構剛度、強度均滿足設計活載標準(公路-I級)正常使用要求。

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