淺談?lì)A(yù)制梁靜載試驗(yàn)的影響因數(shù)

劉展輝

摘要：結(jié)合某預(yù)制梁靜載試驗(yàn)的工程實(shí)例，介紹試驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中的各種實(shí)際問(wèn)題，并對(duì)降低各種不利因數(shù)提出合理的解決辦法，以此得出準(zhǔn)確的承載力判斷依據(jù)，對(duì)于同類型的工程試驗(yàn)具有一定的參考作用。

關(guān)鍵詞：預(yù)制梁；靜載；應(yīng)變；撓度

1 引言

隨著中小跨徑的簡(jiǎn)支梁橋在城市中的大規(guī)模建設(shè)，以及商品化的預(yù)制梁場(chǎng)發(fā)展迅速，預(yù)制空心板梁由于其經(jīng)濟(jì)性得到廣泛使用。為了保證成橋的施工質(zhì)量，在預(yù)制梁吊裝前，往往需要對(duì)預(yù)制梁進(jìn)行有效的靜力荷載試驗(yàn)，而本文就提高預(yù)制梁靜載試驗(yàn)的準(zhǔn)確性、經(jīng)濟(jì)性及安全性，結(jié)合工程實(shí)例，探討幾點(diǎn)問(wèn)題。

2 工程概述

東莞市某橋，沿線路里程跨線徑為3x20m，橋梁軸線與線路里程夾角為75°。橋?qū)挒?6.5m，雙向六車道，橋面橫向布置為：3.0m（人行道）+12.25m（車行道）+6.0m（中央綠化帶）+12.25m（車行道）+3.0m（人行道）。橋上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土空心板簡(jiǎn)支梁，下部結(jié)構(gòu)為樁接蓋梁結(jié)構(gòu)和臺(tái)帽式橋臺(tái)結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)荷載：汽車荷載：公路-Ⅰ級(jí)，人群荷載：3.5kN/m2。橋身采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土空心板。

本次試驗(yàn)抽取的試驗(yàn)梁片為跨徑L=20m的中梁，試驗(yàn)的主要控制內(nèi)力為跨中最大的正彎矩。根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的資料，跨中在活載和二期恒載作用下的控制彎矩為735kN·m。

3 加載方案的選擇

在保證試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性、試驗(yàn)過(guò)程安全性的前提下，試驗(yàn)加載物可以因地制宜，選用預(yù)制梁場(chǎng)的混凝土支墩水泥塊、整捆鋼絞線、整捆鋼筋，或者傳統(tǒng)的大沙袋。而本例中，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件并經(jīng)委托單位同意，采用直徑為1.5m，高為1.8m的鋼筋線圈為加載物，鋼筋線圈平均重量為2.08t/捆；長(zhǎng)度為12m，規(guī)格為φ28鋼筋，平均重量為3.1t/捆。試驗(yàn)加載物采取梁跨上分級(jí)對(duì)稱布置加載方式，詳見(jiàn)圖1。

20m空心板梁實(shí)驗(yàn)計(jì)算跨徑為18.94m，按內(nèi)力等效原則換算得出最大試驗(yàn)荷載使用鋼筋線圈的重量為19.7t，梁跨中的最大試驗(yàn)彎矩值為699kN·m，與控制彎矩的比值為0.95。

由于試驗(yàn)過(guò)程中，混凝土?xí)蜉^大的環(huán)境溫差產(chǎn)生熱脹冷縮，從而對(duì)試驗(yàn)采集的應(yīng)變值和撓度值造成可見(jiàn)的影響。所以靜載試驗(yàn)應(yīng)該避免在貫穿夏天中午的時(shí)間段進(jìn)行，選擇陰天或溫度變化不大的天氣。本例試驗(yàn)場(chǎng)地位于典型的南方氣候環(huán)境，時(shí)間為11月初，于下午至傍晚加載試驗(yàn)，實(shí)測(cè)梁身混凝土溫度為22～24℃。

正式加載前先對(duì)試驗(yàn)梁進(jìn)行了預(yù)加載，使結(jié)構(gòu)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。20m梁試驗(yàn)加載分3級(jí)進(jìn)行。每級(jí)持荷15min，每5min記錄一次數(shù)據(jù)，最后一級(jí)持荷30min。試驗(yàn)采用1級(jí)卸載，卸載后待量測(cè)儀器讀數(shù)穩(wěn)定后對(duì)殘余變形進(jìn)行量測(cè)。試驗(yàn)加載順序見(jiàn)表1。

4 測(cè)點(diǎn)布置及測(cè)試內(nèi)容

4.1 應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置

板梁1/4L、1/2L、3/4L截面的底面粘貼振弦式應(yīng)變計(jì)，通過(guò)Data Taker 615數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集處理，1/2L截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示，1/4L和3/4L截面僅在梁底布置一個(gè)應(yīng)變計(jì)，位于截面底邊中心處。對(duì)于應(yīng)變計(jì)的安裝，一定要與應(yīng)變的線方向平行。

4.2 撓度測(cè)點(diǎn)布置

在采集撓度數(shù)據(jù)時(shí)，很多同行使用人工抄讀百分表的方法，但撓度測(cè)點(diǎn)較多時(shí)，抄讀時(shí)間偏長(zhǎng)，較難在同一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上采集完數(shù)據(jù)。為了提高測(cè)試準(zhǔn)確性、時(shí)間連續(xù)性和減少人工干擾因數(shù)，在測(cè)試該梁撓度時(shí)，采用武漢巖海公司生產(chǎn)的樁基靜載儀配合位移傳感器采集梁跨中、四分點(diǎn)處撓度以及橡膠支座的沉降，共布設(shè)10個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)，布置如圖3所示。

其中，煤渣地面上安放混凝土塊支墩，板式橡膠支座置于支墩中部?jī)蛇厡?duì)稱位置，對(duì)于支墩沉降的觀測(cè)可以使用精密水準(zhǔn)儀配合測(cè)微器，或者通過(guò)延長(zhǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)使用百分表測(cè)讀。本例中就是使用后一種方法，在支墩底面往上約5cm打入膨脹螺絲，通過(guò)5.4m長(zhǎng)的貝克曼梁將基準(zhǔn)點(diǎn)往外延伸3.6m，從而減少加載過(guò)程中地面沉降的影響。

4.3 裂縫觀測(cè)

試驗(yàn)加載過(guò)程中對(duì)跨中控制截面處的裂縫開展情況進(jìn)行觀測(cè)。為了人員安全，吊裝加載物過(guò)程中，嚴(yán)禁進(jìn)入加載物及梁傾覆范圍內(nèi)，同時(shí)注意采集儀器上數(shù)據(jù)的特變。

5 結(jié)果分析評(píng)價(jià)

5.1 撓度

在各級(jí)荷載作用下，板梁各撓度觀測(cè)點(diǎn)結(jié)果如表2所示，滿載時(shí)跨中最大撓度值為-11.34mm，卸載后殘余變形值為-1.37mm。撓度隨跨中彎矩的增加基本呈線性變化，測(cè)點(diǎn)線性相關(guān)系數(shù)為0.9938，線性相關(guān)性較好。實(shí)測(cè)撓度曲線與理論撓度變化規(guī)律基本一致，實(shí)測(cè)值小于理論值。

5.2 應(yīng)變

板梁各應(yīng)變觀測(cè)點(diǎn)結(jié)果如表3所示，板梁滿載時(shí)梁底1、2應(yīng)變測(cè)點(diǎn)中，2號(hào)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)異常，舍去。1號(hào)測(cè)點(diǎn)最大拉應(yīng)變?yōu)?6με，卸載后應(yīng)變?yōu)?4με。應(yīng)變基本隨跨中彎矩按照線性規(guī)律變化，測(cè)點(diǎn)線性相關(guān)系數(shù)為0.9821，線性相關(guān)性很好。

由于振弦式應(yīng)變計(jì)安裝過(guò)程中，因扭轉(zhuǎn)、膠水進(jìn)入縫隙等人為因數(shù)，可能造成工作失效，所以關(guān)鍵控制點(diǎn)上要設(shè)兩個(gè)或兩個(gè)以上平行檢測(cè)點(diǎn)，以作校驗(yàn)。

2. 2號(hào)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)異常，作廢。

5.3 裂縫

試驗(yàn)前后對(duì)各片梁進(jìn)行全面裂縫檢查，試驗(yàn)過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)裂縫產(chǎn)生。

5.4 結(jié)果評(píng)定

在試驗(yàn)荷載作用下，梁中測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)應(yīng)變和撓度值均小于相應(yīng)的理論計(jì)算值，且試驗(yàn)梁撓度和應(yīng)變與荷載基本呈線性變化，結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)，結(jié)構(gòu)有安全儲(chǔ)備。試驗(yàn)前后均未發(fā)現(xiàn)裂縫，滿足《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》要求。綜上所述，該預(yù)制單梁滿足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述工程實(shí)例，對(duì)于單梁靜載試驗(yàn)，我們還有很多需要改進(jìn)的地方。為了提高整個(gè)觀測(cè)采集系統(tǒng)的準(zhǔn)確性同時(shí)結(jié)合實(shí)際條件，應(yīng)選擇合理的加載方案，消除或降低環(huán)境溫度影響、人為安裝誤差、觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)形變、儀器不可預(yù)料失效等不良因數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

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[3]JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[s].