單梁(板)靜載試驗(yàn)與分析

■李江樂 ■1.河南城建學(xué)院，河南 平頂山 467036;2.西安建筑科技大學(xué)，陜西 西安 710055

1 工程概況

鄭堯高速公路魯山縣下湯段公路橋?yàn)? -20m 后張法預(yù)應(yīng)力空心板橋。橋梁全長112m，橋?qū)?凈7 +2 ×1.0m，橋梁橫向由6 片板梁組成，預(yù)制空心板高為0.95m，設(shè)計(jì)汽車荷載等級(jí):公路-I 級(jí)。預(yù)制空心板采用標(biāo)號(hào)為C50 的混凝土，板梁的斷面采用部頒標(biāo)準(zhǔn)圖。

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

該橋在工程建設(shè)單位組織的質(zhì)量大檢查中發(fā)現(xiàn)個(gè)別混凝土試塊強(qiáng)度雖然滿足要求，但預(yù)制鋼筋混凝土梁的混凝土回彈值偏低，因此對(duì)預(yù)制鋼筋混凝土梁的整體混凝土強(qiáng)度存在懷疑。為確保工程施工質(zhì)量，在成品預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板梁中隨機(jī)抽取一片板梁進(jìn)行靜荷載試驗(yàn)，檢測與分析受檢預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板梁的受力、變形、裂紋開展與分布特性。本文以2 -6 號(hào)板為例進(jìn)行靜載試驗(yàn)分析。

2.2 結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算

試驗(yàn)荷載按照均布荷載形式進(jìn)行布載，試驗(yàn)梁施加的均布荷載產(chǎn)生的效應(yīng)應(yīng)與二期恒載+活載(汽車、人群等)在板梁跨中產(chǎn)生的彎矩等效。采用有限元程序計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力，2 -6 號(hào)邊板主要控制截面(L/2截面)內(nèi)力及加載效率介于0.95～1.05 之間，滿足《規(guī)程》對(duì)靜載試驗(yàn)加載效率的要求。

2.3 測試截面和測點(diǎn)布置

選擇L/4 跨、跨中、3L/4 跨作為檢測控制截面，在控制界面處設(shè)置撓度和應(yīng)變測點(diǎn)。由于試驗(yàn)過程中支點(diǎn)處可能會(huì)有沉降，故在支點(diǎn)處也設(shè)置撓度觀測點(diǎn)，對(duì)支點(diǎn)沉降影響進(jìn)行修正。

臨時(shí)支撐應(yīng)設(shè)置在支座中心線處，支撐下的地基(臺(tái)座)應(yīng)有足夠強(qiáng)度，在試驗(yàn)荷載作用下的總壓縮變形量不宜超過試驗(yàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件撓度的1/10，且要求支撐頂面水平、清潔。測點(diǎn)布置示意圖如圖1 所示。

圖1 測點(diǎn)布置示意圖

2.4 加載方案

現(xiàn)場加載采用模擬均布荷載的加載方式進(jìn)行。根據(jù)梁廠實(shí)際條件，采用工地上的混凝土預(yù)制塊、鋼筋卷、鋼模板等作為加載重物。加載前先對(duì)預(yù)制塊、鋼模板稱重，按照設(shè)計(jì)噸位要求，分3 級(jí)進(jìn)行緩慢加載。為消除(減小)非彈性變形影響，應(yīng)先對(duì)試驗(yàn)梁板進(jìn)行預(yù)壓，然后進(jìn)行正式加載。每級(jí)荷載施加后靜置5～10 分鐘，待變形穩(wěn)定后量測梁體應(yīng)變與變形，并觀測裂縫(紋)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 撓度結(jié)果與分析

理論撓度采用橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算程序計(jì)算。實(shí)測撓度首先應(yīng)將L/4、L2、3L4 各截面處各荷載階段的沉降值減去兩支點(diǎn)處相應(yīng)荷載下的平均沉降值，即可得出以上各截面每階段的撓度值。其次，匯總各截面在每個(gè)荷載階段時(shí)的撓度值且將撓度繪制成圖，對(duì)比理論撓度和實(shí)測撓度的大小。最后通過分析比較理論值和實(shí)測值，確定試驗(yàn)梁的施工質(zhì)量及使用性能。

由試驗(yàn)結(jié)果分析可以看出:(1)在各級(jí)荷載作用下，控制截面的撓度隨著荷載的變化規(guī)律與理論值基本符合。(2)在最大試驗(yàn)荷載作用下，跨中撓度實(shí)測值為7.34mm，結(jié)構(gòu)位移校驗(yàn)系數(shù)在0.591～0.727 之間。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)查得預(yù)應(yīng)力混凝土梁的結(jié)構(gòu)位移校驗(yàn)系數(shù)一般在0.60～1.00 之間，可見，試驗(yàn)梁的荷載—變形特性正常，梁板結(jié)構(gòu)整體剛度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。(3)在所有各級(jí)試驗(yàn)荷載作用下，試驗(yàn)梁均未發(fā)現(xiàn)有因加載而產(chǎn)生的裂縫。撓度檢測結(jié)果表明:梁板結(jié)構(gòu)變形性能優(yōu)良，整體剛度滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

3.2 應(yīng)變結(jié)果與分析

實(shí)測應(yīng)變值由儀器自動(dòng)采集，將每級(jí)荷載下混凝土的應(yīng)變匯總成表，通過與理論應(yīng)變值相比較可判斷各截面是否在各荷載階段處于彈性變形狀態(tài)。其次，將各荷載階段對(duì)梁某一截面上產(chǎn)生的應(yīng)變繪制成圖，分析該點(diǎn)混凝土應(yīng)變是否與荷載變化相對(duì)應(yīng)。各級(jí)試驗(yàn)荷載作用下各控制截面應(yīng)變實(shí)測值、理論值及其校驗(yàn)系數(shù)詳見表1，梁板跨中截面梁底實(shí)測應(yīng)變與理論應(yīng)變比較見圖2。對(duì)照表1 分析可看出:(1)由梁板結(jié)構(gòu)的荷載—應(yīng)力反應(yīng)分析可看出:在各級(jí)荷載作用下，實(shí)測混凝土的應(yīng)變與理論計(jì)算值比較吻合。(2)結(jié)構(gòu)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.726～0.851 之間。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，正常預(yù)應(yīng)力混凝土梁板結(jié)構(gòu)的應(yīng)變(力)校驗(yàn)系數(shù)一般在0.50～0.90 之間，可見，試驗(yàn)梁的受力特性正常，梁體整體承載能力達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。(3)由圖2繪出的跨中截面荷載與梁底應(yīng)變的關(guān)系曲線可見看出，應(yīng)變隨荷載增長的線性相關(guān)系數(shù)為0.9575，線性相關(guān)性良好。由此可判定梁體在試驗(yàn)荷載作用下，混凝土結(jié)構(gòu)在線彈性范圍內(nèi)工作。

表1 試驗(yàn)荷載下應(yīng)變測試結(jié)果與應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)

圖2 1/2 截面梁底截面實(shí)測和理論比較圖

3.3 裂紋觀測及結(jié)果

在各級(jí)荷載相繼加完以后，觀察梁體是否出現(xiàn)新生裂縫，，主要觀察部位為梁體L/4、跨中、3L/4 處底板、腹板附近，并分類記錄裂縫情況。加載前試件裂紋寬度為0.05～0.15mm，加載后試件裂紋為0.02～0.10mm，受壓區(qū)裂紋基本閉合，梁底附近未發(fā)現(xiàn)裂紋出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)的抗裂性滿足要求。

4 結(jié)論

通過對(duì)該片板梁的靜載試驗(yàn)與分析可得如下結(jié)論。

(1)試驗(yàn)梁各撓度測試截面荷載—撓度曲線符合線性規(guī)律，表面試驗(yàn)梁彈性狀況良好。

(2)在各級(jí)荷載作用下，實(shí)測混凝土的應(yīng)變與理論計(jì)算值比較吻合。

(3)結(jié)構(gòu)撓度、應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)均小于1.0，結(jié)構(gòu)承載能力及剛度均滿足設(shè)計(jì)要求。

(4)在試驗(yàn)過程中，梁體沒有產(chǎn)生新裂縫，結(jié)構(gòu)的抗裂性滿足要求。

(5)試驗(yàn)結(jié)果與理論分析相吻合，達(dá)到了試驗(yàn)檢測的目的，說明該試驗(yàn)原理、方法及數(shù)據(jù)處理方法符合實(shí)際要求。

［1］王培金.裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁單梁靜載試驗(yàn)分析.現(xiàn)代交通技術(shù)［J］.2013.6(3).

［2］《公路橋梁承載能力檢測評(píng)定規(guī)程》(JTG/T J21—2011)［M］.中華人民共和國交通部部標(biāo)準(zhǔn)，2011.

［3］《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》(報(bào)批稿)［M］.中華人民共和國交通部部標(biāo)準(zhǔn)，2012.