基于靜載試驗(yàn)的單梁承載能力評(píng)定分析

黎力設(shè) 梁金志 林本虎

摘 ?要：預(yù)制梁橋占據(jù)我國(guó)橋梁數(shù)量的極大比重，故而預(yù)制梁片質(zhì)量的重要性不言而喻。該文以某預(yù)制梁橋的邊梁為試驗(yàn)對(duì)象，通過(guò)靜載試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行應(yīng)變、撓度等參數(shù)的測(cè)試及分析，從而評(píng)定其承載能力。結(jié)果表明，試驗(yàn)梁測(cè)試截面應(yīng)變、撓度校驗(yàn)系數(shù)均小于1.0，其強(qiáng)度和剛度滿足承載能力要求；試驗(yàn)梁相對(duì)殘余應(yīng)變、撓度均小于20%，試驗(yàn)梁處于彈性工作范圍內(nèi)；采用靜載試驗(yàn)的方法可對(duì)單梁構(gòu)件進(jìn)行較為準(zhǔn)確的承載能力評(píng)定，試驗(yàn)結(jié)果可為同類(lèi)型構(gòu)件的承載能力評(píng)定提供參考。

關(guān)鍵詞：靜載試驗(yàn)；單梁構(gòu)件；承載能力評(píng)定；預(yù)制橋梁；截面應(yīng)變

中圖分類(lèi)號(hào)：U446.1 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2024）14-0054-04

Abstract： Precast-girder bridges account for a large proportion of the number of bridges in our country， so the importance of the quality of precast girders is self-evident. In this paper， the side beam of a precast-girder bridge is taken as the object of the test， and its strain， deflection and other parameters are tested and analyzed by static load test， so as to evaluate its bearing capacity. The results show that the section strain and thecalibration coefficients of the deflection of the test beam are less than 1.0， and its strength and stiffness meet the requirements of bearing capacity; the relative residual strain and deflection of the test beam are less than 20%， and the test beam is within the elastic working range; the static load test method can be used to evaluate the bearing capacity of single beam members more accurately， and the test results can provide reference for the evaluation of bearing capacity of the same type of members.

Keywords： static load test; single beam member; bearing capacity evaluation; precast-girder bridge; section strain

隨著交通行業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)的橋梁建設(shè)數(shù)量也在逐年增加[1]。新建的橋梁當(dāng)中，梁式橋占據(jù)了極大的比重，而梁式橋當(dāng)中預(yù)制梁橋又占了大部分比例[2]，預(yù)制梁橋的施工是公路工程項(xiàng)目中的重點(diǎn)，每一個(gè)公路建設(shè)項(xiàng)目的預(yù)制梁場(chǎng)每天都有大橋梁片產(chǎn)出。正是由于生產(chǎn)的梁片過(guò)多，其中難以避免會(huì)存在質(zhì)量問(wèn)題，如有的預(yù)制梁在養(yǎng)護(hù)過(guò)程當(dāng)中因養(yǎng)護(hù)不當(dāng)產(chǎn)生裂縫，或者梁片在吊裝過(guò)程當(dāng)中發(fā)生了磕碰而導(dǎo)致外觀損傷等。產(chǎn)生這些質(zhì)量問(wèn)題之后不免會(huì)讓橋梁建設(shè)人員對(duì)梁片的承載能力產(chǎn)生懷疑，此時(shí)則需要對(duì)單梁構(gòu)件的承載能力進(jìn)行評(píng)定。為此，很多的專(zhuān)家、學(xué)者及工程技術(shù)人員都對(duì)單梁承載能力評(píng)定進(jìn)行了相關(guān)的理論及試驗(yàn)研究，取得了許多具有工程指導(dǎo)意義的成果。李雄輝等[3]通過(guò)對(duì)高速公路中常使用到的30 m預(yù)制T梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，驗(yàn)證了梁片的承載能力可滿足相關(guān)規(guī)范要求。江京翼等[4]通過(guò)對(duì)某預(yù)制PC小箱梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，提出了結(jié)合裂縫情況及實(shí)測(cè)位移與其理論值的相關(guān)度進(jìn)行綜合評(píng)定的方法，對(duì)梁體的使用性能和承載能力進(jìn)行綜合評(píng)判。

由上述分析及研究成果可知，對(duì)單梁的承載能力進(jìn)行評(píng)定，靜載試驗(yàn)是最直接、最有效的方法，各專(zhuān)家學(xué)者的評(píng)定均是基于靜載試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行的?；诖?，本文以某預(yù)制小箱梁為試驗(yàn)對(duì)象，采用靜載試驗(yàn)來(lái)評(píng)定其承載能力，試驗(yàn)結(jié)果可為同類(lèi)型單梁的承載能力評(píng)定提供參考。

1 ?試驗(yàn)梁概況

某橋梁上部結(jié)構(gòu)采用3×（4×30 m）+（5×30 m）預(yù)應(yīng)力砼先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)小箱梁，每跨橫向布置4片梁，梁高1.75 m，中梁寬2.40 m，邊梁寬2.85 m，梁底寬1.00 m，橋面橫坡為單向2%，橋梁全長(zhǎng)為518 m，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為公路-I級(jí)。本次試驗(yàn)選取第一聯(lián)第三跨外邊梁（3-4#梁）為試驗(yàn)對(duì)象，試驗(yàn)梁橫斷面構(gòu)造圖如圖1所示。

2 ?試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.1 ?有限元分析及試驗(yàn)工況

由裸梁狀態(tài)至成橋運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，試驗(yàn)梁跨中截面下緣的應(yīng)變?cè)隽?活荷載增量+二期荷載增量。根據(jù)跨中截面混凝土應(yīng)變?cè)隽康刃г瓌t，考慮成橋狀態(tài)與裸梁狀態(tài)的差異，計(jì)算裸梁狀態(tài)跨中截面的設(shè)計(jì)控制彎矩值M設(shè)?；诖耍捎昧焊穹ń⒃摌虻谝宦?lián)有限元模型，得出跨中截面下緣在活荷載和二期荷載作用下的應(yīng)變?cè)隽浚缓蠼⒙懔耗Ｐ陀?jì)算試驗(yàn)荷載，本橋第一聯(lián)有限元計(jì)算模型如圖2所示，裸梁模型如圖3所示。

圖2 ?橋梁第一聯(lián)有限元模型

根據(jù)有限元計(jì)算分析結(jié)果，可得試驗(yàn)梁的裸梁等效計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1，其中M設(shè)為二期恒載M恒與活荷載M活之和。

試驗(yàn)梁試驗(yàn)工況及加載效率見(jiàn)表2。

2.2 ?靜載試驗(yàn)加載程序

本次試驗(yàn)加載的配重塊采用1.5 m×1.0 m×0.8 m的規(guī)則長(zhǎng)方體混凝土塊，每塊配重塊的重量均為3.0 t，為了防止結(jié)構(gòu)在加載過(guò)程中意外損傷，采用分三級(jí)加載的方式。第一級(jí)加載第一層5塊配重塊（①～⑤），第二級(jí)加載第一、第二層10塊配重塊（①～⑩），第三級(jí)加載第一、第二層及第三層全部15塊配重塊，然后分一級(jí)卸載。在加載過(guò)程中通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各測(cè)點(diǎn)撓度及應(yīng)變變化來(lái)控制實(shí)際加載進(jìn)度，滿載時(shí)試驗(yàn)梁加載如圖4所示。

2.3 ?控制截面及測(cè)點(diǎn)布置

2.3.1 ?試驗(yàn)控制截面

選擇跨中最大正彎矩截面（A截面）作為控制截面，在活載作用下，試驗(yàn)控制截面如圖5所示。試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)控制A截面進(jìn)行應(yīng)變和跨中撓度測(cè)試，對(duì)兩端支點(diǎn)進(jìn)行沉降測(cè)試。

2.3.2 ?測(cè)點(diǎn)布置

在試驗(yàn)控制截面布置應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，根據(jù)該橋有限元模型的受力計(jì)算，得出最大受力的典型位置，在典型位置上布置軸向受力測(cè)點(diǎn)，控制截面布置6個(gè)靜態(tài)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)（1#～6#測(cè)點(diǎn)）及2個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)，兩端支座處截面各布置2個(gè)支座沉降測(cè)點(diǎn)，應(yīng)變測(cè)點(diǎn)橫向布置圖如圖6所示，控制截面撓度及支座沉降測(cè)點(diǎn)布置如圖7所示。

3 ?試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 ?應(yīng)變結(jié)果分析

試驗(yàn)梁的應(yīng)變測(cè)試結(jié)果可以反映構(gòu)件的局部變形及強(qiáng)度[5]，在各級(jí)荷載作用下，控制截面各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3，測(cè)試截面測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變橫向分布曲線如圖8所示。從表3及圖8可以看出，在每級(jí)試驗(yàn)荷載作用下，試驗(yàn)梁控制截面的實(shí)測(cè)應(yīng)變值均小于對(duì)應(yīng)計(jì)算應(yīng)變值，控制截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)均小于1，說(shuō)明試驗(yàn)梁的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)荷載要求，試驗(yàn)梁最大相對(duì)殘余應(yīng)變?yōu)?7.7%，小于20%，說(shuō)明其處于彈性工作范圍內(nèi)。

3.2 ?撓度結(jié)果分析

試驗(yàn)梁的撓度測(cè)試結(jié)果可以反映試驗(yàn)梁的剛度及整體變形，在各級(jí)荷載作用下，試驗(yàn)梁控制截面撓度測(cè)點(diǎn)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4，控制截面撓度柱狀圖如圖9所示。由表4及圖9可看出，試驗(yàn)梁的試驗(yàn)撓度均小于計(jì)算撓度，撓度校驗(yàn)系數(shù)小于1，表明試驗(yàn)梁的剛度滿足要求，試驗(yàn)梁相對(duì)殘余撓度為13.3%，小于20%，說(shuō)明梁體處于彈性工作范圍內(nèi)。

4 ?結(jié)論

1）試驗(yàn)梁測(cè)試截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.50～0.91之間，均小于1.0，說(shuō)明試驗(yàn)梁的強(qiáng)度滿足要求；測(cè)試截面的相對(duì)殘余應(yīng)變最大值為17.7%，小于20%，滿足規(guī)范要求，說(shuō)明試驗(yàn)梁處于彈性工作范圍內(nèi)。

2）試驗(yàn)梁測(cè)試截面撓度的校驗(yàn)系數(shù)為0.34，小于1.0，說(shuō)明試驗(yàn)梁的剛度滿足要求；測(cè)試截面相對(duì)殘余撓度為13.3%，小于20%，滿足規(guī)范要求，說(shuō)明試驗(yàn)梁處于彈性工作范圍內(nèi)。

3）本文所采用的靜載試驗(yàn)方法可對(duì)單梁構(gòu)件進(jìn)行較為準(zhǔn)確的承載能力評(píng)定，其試驗(yàn)結(jié)果可為同類(lèi)型單梁構(gòu)件的承載能力評(píng)定提供參考。

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