橋梁預應力空心板梁的再利用加載試驗研究

仲秀麗

(江蘇科技大學土木工程與建筑學院，江蘇鎮(zhèn)江212003)

1 試驗背景

隨著城市道路的建設，許多原來位于道路上的舊橋需要進行改建或加固以滿足城市交通發(fā)展的要求。預應力混凝土板梁是橋梁的主要承重結構，其質量的優(yōu)劣將直接影響橋梁的工作狀態(tài)、使用性能和安全程度。一些板梁技術狀況良好仍能滿足進一步的使用，進行板梁荷載試驗正是檢驗板梁工作狀態(tài)以判斷板梁是否可再利用的一種有效手段。某公路全長16.2 km，設計行車速度為80 km/h，設計荷載為:城－A級。工程部分路段在拆橋過程中有1 380多片20 m預應力混凝土空心板梁，迄今已運營近10年，從工程節(jié)約考慮，擬從中挑選技術狀況較好的板梁進行重復利用。拆除板梁橋面全寬24 m，預應力鋼絞線采用標準270級Φj15.24鋼絞線，非預應力鋼筋采用Ⅱ級鋼筋和Ⅰ級鋼筋(GB 1499－79)，鋼板采用A3鋼板(GB 700－79)。預應力混凝土預制板、鉸縫及整體化現(xiàn)澆混凝土等級均為C40［1］。板梁原設計荷載標準為:汽－20，掛－100。

2 極限承載力試驗

2.1 試驗對象的選擇

本次試驗抽取三片外觀狀況不同的板梁進行極限承載能力驗證試驗。以觀察舊板梁是否滿足再利用使用的荷載要求。

本次極限承載能力試驗選擇1#梁、2#梁和3#梁，在鑿除鉸縫和橋面鋪裝后觀察到梁體存在不同程度的破損(詳見表1)。

表1 外觀檢查結果對比表

2.2 測試截面選擇

1#～3#板梁均沿著梁長平均劃分為3個應力測試斷面和5個位移測試斷面。其應力測試斷面分別為梁跨L/4、L/2、3L/4截面處，采用應變傳感器測試梁體相應位置的應變變化;位移測試斷面為左右兩支點截面及梁體L/4、L/2、3L/4截面處(見圖1)，每個位移測試斷面安裝一個百分表和兩個位移計。

圖1 位移測試斷面及測點布置示意

2.3 測點布置

本次試驗位移采集在各個測試斷面分別布設1只百分表和2只位移計，以確保數(shù)據(jù)的可靠性。

撓度測點:各斷面各布設2只位移計和1只百分表;

應力測點:在板梁的L/4、L/2、3L/4截面的頂?shù)装搴透拱宸謩e布設振弦式應變計，頂板兩側各布設1只，沿腹板高度布設3只，底板兩側各布設1只。

3 試驗加載

3.1 加載原理

對板梁施加荷載時要盡量滿足跨中最大彎矩要求，故此板梁一端采用固定鉸支座，一端采用滾動鉸支座［2］［3］。板梁加載示意圖如圖2所示。

采用千斤頂在梁體L/2處進行分級加載(圖2)，總加載量為53 t，分13級加載，荷載從5 t加到53 t，每級相差4 t。在正式加載之前對梁體要先進行預加載，以檢驗整個實驗裝置是否安全可靠，

圖2 梁體加載示意

3.2 試驗步驟

(1)清理場地，建造試驗平臺，保證平臺的標高及強度滿足試驗所需的要求;

(2)安裝試驗板梁，放置加荷用的千斤頂;

(3)對梁體進行預加載，以檢驗整個試驗裝置是否安全可靠，預加載值不超過結構正常使用極限狀態(tài)荷載計算值的70%;

(4)預加載完成后對梁體采用力控制分級加載，在加載過程中實時監(jiān)控和采集數(shù)據(jù)，每級加載完成后持荷約10 min，然后記錄本級荷載作用下各測點的響應值。

4 實驗結果分析

4.1 撓度測試結果分析

表2給出了主要測試結果的數(shù)據(jù)，梁荷載－跨中撓度曲線見圖3～圖5。

表2 測試主要結果匯總表

圖3 1#梁荷載－跨中撓度

圖4 2#梁荷載－跨中撓度

圖5 3#梁荷載－跨中撓度

4.2 裂縫分析

三片梁跨中裂縫的測量通過手持式應變儀進行測試，跨中裂縫寬度變化如圖6～圖8。

圖6 1#梁跨中裂寬

圖7 2#梁跨中裂寬

圖8 3#梁跨中裂寬

加載過程中，三片板梁均先在底板出現(xiàn)可見的橫向裂縫，此時加載量為33 t，并隨著荷載的不斷增加，板梁地板的裂縫不斷增多，沿著腹板往上延伸，當荷載加至接近破壞階段時，梁體的裂縫數(shù)量基本穩(wěn)定，延伸高度也沒有進一步發(fā)展，而裂縫寬度不斷增大。最終破壞形態(tài)均是跨中頂板區(qū)域的混凝土被壓碎同時構造鋼筋屈服，底板出現(xiàn)間距約為18 cm的橫向受力裂縫。

按照《公路舊橋承載能力鑒定方法》的規(guī)定，對于舊橋，在試驗荷載作用下，主筋附近允許最大裂縫寬度0.25 mm［4］，腹板大部分斜向裂縫允許裂縫寬度為0.30 mm。在荷載作用下，三片板梁的最大裂縫寬度分別為0.15 mm、0.18 mm、0.17 mm，裂縫無不正常開展。在開裂位置鑿出鋼筋，鋼筋無銹蝕跡象。故可得出，三片梁的裂縫滿足使用要求。

5 試驗結論

(1)在梁體開裂前，荷載和撓度線性關系較好，說明板梁處于線彈性工作狀態(tài)，其受力性能良好［5］;

(2)三片板梁的破壞形式基本一致，均為跨中頂板區(qū)域混凝土壓碎破壞，底板混凝土出現(xiàn)間距較為均勻的橫向裂縫，寬度基本在1 mm左右;

(3)根據(jù)測試結果可看出，盡管三片板梁外觀狀況有所差別，但各個加載階段的受力性能基本一致，開裂荷載和破壞荷載也完全相同，說明兩片板梁的承載狀況沒有明顯差別;

(4)本次試驗加載是按照正常使用狀態(tài)的最不利情況進行確定的，試驗數(shù)據(jù)表明三片梁的承載能力和剛度均能滿足二次使用要求。

［1］王麗榮，盛可鑒，丁劍霆.橋梁工程［M］.中國建筑工業(yè)出版社，2005

［2］牛國軍，陳芳.市政橋梁荷載試驗檢測分析［J］.質量，2008(2)

［3］徐文平.既有預應力混凝土梁橋承載能力實橋試驗及分析研究［D］.東南大學，2006

［4］公路舊橋承載能力鑒定方法(試行)［S］

［5］公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程(征求意見稿)［S］