京昆高速河北省石家莊至晉冀界T梁試驗研究

李君君 劉訓臣 楊石柱

（石家莊鐵路職業(yè)技術學院 河北石家莊 050041）

京昆高速河北省石家莊至晉冀界T梁試驗研究

李君君 劉訓臣 楊石柱

（石家莊鐵路職業(yè)技術學院 河北石家莊 050041）

對京昆高速河北省石家莊至晉冀界質量存在疑問的T梁采用超聲回彈綜合測試法進行了鋼筋混凝土梁的混凝土強度測試，并對其中1片T梁進行非破壞性靜載試驗，將測試結果進行綜合分析，對測試梁的強度和承載力進行客觀評價，最終將測試梁應用于施工現(xiàn)場，節(jié)省工程資金，排除安隱患。

超聲回彈綜合法 靜載試驗 強度 承載力

1 工程概況

京昆高速河北省石家莊至晉冀界公路橋大部分采用T型截面梁，T梁采用梁場預制施工，并用架橋機架設完成，先簡支后連續(xù)，一幅橫向7片梁。在T梁生產(chǎn)的過程中有3片30 m跨徑的T梁在生產(chǎn)的過程中由于客觀問題，造成梁體外觀出現(xiàn)局部質量問題，鑒于生產(chǎn)該梁的梁場在生產(chǎn)過程中一貫質量把控較好，針對該問題，組織了專家論證會議建議進行試驗研究，用數(shù)據(jù)說話。因此就上述3片T梁采用超聲回彈綜合法測試其強度，并抽取1片梁進行非破壞靜載試驗研究，取得強度和承載力的客觀參數(shù)，為后續(xù)施工做客觀分析。

2 超聲回彈法測試混凝土強度

2.1 超聲回彈法測試混凝土強度基本原理

應用超聲波檢測混凝土，就是通過發(fā)出和接收經(jīng)混凝土傳播后的超聲波，進行測量。利用脈沖波在技術條件相同（即混凝土原材料、配合比、齡期和測試距離一致）的混凝土中傳播的時間（或速度）、接受波的振幅和頻率等聲學參數(shù)的相對變化，來判斷混凝土的缺陷。超聲脈沖波傳播速度的快慢與混凝土的密實程度有直接關系，對于原材料、配合比、齡期和測試距離一定的混凝土來說，聲速高則混凝土密實，相反則混凝土不密實。

回彈法是用一個彈簧驅動的重錘，通過彈力桿（傳力桿），彈擊混凝土表面，并測出重錘被反彈回來的距離，以回彈值（反彈距離與彈簧初始長度之比）作為與強度相關的指標，來推定混凝土強度的一種方法。

超聲回彈綜合法是指采用回彈儀測取測區(qū)混凝土回彈值和用超聲儀測取混凝土聲速值，采用經(jīng)驗公式推定測區(qū)混凝土的抗壓強度值。

2.2 檢測結果及結論

對河北省石家莊至冀晉界公路3片跨徑為30 m的試驗梁進行超聲回彈綜合法測試，每片T梁分為10個測區(qū)，每個測區(qū)回彈測試16個測點，超聲波測試在每對測區(qū)中選擇三對測點作為超聲測點，混凝土測試強度見表1所示。

表1 混凝土強度結果匯總表

根據(jù)河北省石家莊至冀晉界公路3片試驗梁的超聲回彈綜合法的結果分析，所測的河北省石家莊至冀晉界公路3片試驗梁的混凝土強度滿足設計強度要求。

3 單片T梁非破壞靜載試驗

3.1 單片T梁靜載試驗技術方案

3.1.1 試驗橋梁設計標準與基本數(shù)據(jù)

試驗梁設計荷載為： 公路-I級，梁的跨徑為：30 m。靜載試驗時試驗梁的計算跨徑采用梁處于簡支狀態(tài)下進行。靜載試驗時試驗梁的澆筑齡期和養(yǎng)護時間已超過28天?；炷翗颂柛鶕?jù)現(xiàn)場施工和試驗記錄，混凝土試件強度（28天）達到設計強度等級C50。試驗梁預應力鋼束：采用Φs15.2 mm高強低松弛鋼絞線，標準值fpk=1 860 MPa。

3.1.2 靜力荷載試驗

靜載試驗是對試驗荷載作用下橋梁結構或構件的內力與變形進行測量，從而對橋梁結構或構件工作狀態(tài)和工作性能進行檢驗。橋梁結構不僅受到其本身重量即恒載的作用，同時還受到車輛荷載等活載的作用。靜力加載試驗是對橋梁結構或構件在活載作用下結構或構件的工作狀態(tài)與工作性能進行檢驗，從而確定其承載能力。

對于簡支試驗梁而言，跨中斷面是正彎矩控制斷面，本次試驗對該單片梁的支點斷面、1/4跨斷面和跨中斷面的撓度值以及跨中斷面的應變值進行測試。測試的內容包括：通過實測跨中斷面混凝土的應變值與理論值比較，分析該構件的強度是否滿足設計要求。實測跨中斷面沿梁高度方向各測點應變，總結其變化規(guī)律，分析該構件是否處于彈性受力狀態(tài)并作出評價。實測支點斷面的沉降，L/4斷面及跨中斷面的撓度值，并計算出L/4斷面和跨中斷面的撓度值。通過實測撓度值與理論撓度值的比較，分析該構件的剛度是否符合設計要求。

圖1 橋梁博士T梁三維模型圖

（1）試驗荷載

本次靜載試驗的目的是檢驗該橋單片梁的強度及剛度是否滿足設計承載能力要求，所以在進行單片梁荷載試驗之前，先使用有限元計算軟件橋梁博士進行了結構理論計算，計算模型如圖 1所示，計算結果見表2所示，根據(jù)計算確定加載方案。試驗梁跨中設計彎矩的大小按成橋后使用狀態(tài)計算。

表2 計算結果表

（2）試驗加載采用千斤頂施加集中力進行加載

試驗加載原則：

①試驗荷載效率η=Sstat/（S×δ）應滿足：0.95≤η≤1.05，其中：Sstat為試驗荷載作用下檢測部位變位或力的計算值；S為設計標準活載作用下變位或力的計算值；δ為設計取用的動力系數(shù)。

②為了獲取結構試驗荷載與變位的相關曲線，以及防止結構意外損傷，試驗加載采用分級加載的方式，共分3級加載，1級卸載。每次加載或卸載要求在前一荷載階段內結構變位相對穩(wěn)定后，才能進入下一個荷載階段。一般是選定一個敏感的測點在加載后進行觀測，達到穩(wěn)定后方可進入下一級加載。

本次單片梁試驗采用分級加載的方法進行，共分3級遞級加到最大荷載。各工況分級加載如表3所示，卸載時一次卸載完畢。加載布置圖如圖2所示。

表3 分級加載值

圖2 加載布置圖（單位：m）

（3）測點布置

①撓度測試

撓度測試所用的儀器為機械百分表。在支點、跨中及 L/4跨梁底各布置兩臺機械百分表，支點處的百分表用于測量臨時支座及基礎的沉降量。通過各個控制斷面的撓度值計算出跨中及 L/4跨處的實際撓度。

試驗梁撓度測點布置圖如圖4所示。

圖4 試驗梁撓度測點布置圖

②應變測試

試驗梁體的側面沿高度方向平均分為4等份，各等分點處布置一個應變測點。試驗梁應變測點布置圖如圖5所示。

圖5 試驗梁應變測點布置圖

3.2 單片T梁靜載試驗測試及數(shù)據(jù)分析

圖6 百分表的布設

圖7 應變片測點布設

單片T梁靜載試驗檢測過程如圖6～圖9所示。

根據(jù)現(xiàn)場情況，加載采用千斤頂加集中荷載，加載總重量為300 kN。加載之前全部測點處的撓度均進行空載值讀數(shù)，每一級加載后，每間隔5 min讀一次數(shù)，以便觀測結構撓度是否達到穩(wěn)定狀態(tài)。所謂穩(wěn)定狀態(tài)，是指同一級荷載內，結構在最后5 min內的撓度增量小于前一個5 min內撓度增量的15 %或小于所用量測儀器的最小分辨值，則認為結構變位達到相對穩(wěn)定。

圖8 試驗梁加載反力裝置

圖9 應變測試系統(tǒng)

（1）應變測試結果與分析

在試驗荷載作用下，各梁跨中應變見表4所示，試驗梁跨中斷面在第三級荷載作用下沿梁高方向應變分布圖如圖10所示。

表4 梁跨中應變測試數(shù)據(jù)表

由表4可以看出，在各級加載力作用下的實測應變值均小于理論應變值。

圖10 跨中斷面在第三級荷載作用下沿梁高方向應變分布圖

由應變沿梁高分布圖上可以看出，試驗梁應變沿截面高度呈良好的線性變化，線性相關系數(shù)為0.9983，滿足平截面假定，也表明試驗梁在加載的過程中處于彈性工作狀態(tài)。

（2）撓度測試結果與分析

在試驗荷載作用下，測試梁梁1/4、1/2及3/4撓度見表5所示，各級荷載下?lián)隙茸兓瘓D如圖11

表5 撓度測試數(shù)據(jù)表

圖11 試驗梁各級荷載作用下測點撓度變化圖

由標中實測數(shù)據(jù)以及撓度變化圖可以看出梁的第三級實測撓度小于理論計算值，卸載后基本恢復，表明結構滿足設計要求。

3.3 試驗梁承載力評定

按照《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）對試驗結果進行評定。

（1）校驗系數(shù)ζ

靜力荷載試驗校驗系數(shù)ζ是試驗荷載作用下測點的實測彈性變位或應變值與相應理論計算值的比值。ζ小于1時，代表梁的實際狀況要好于理論狀況。

本次試驗主要測點應變及撓度校驗系數(shù)及評定見表6所示

表6 校驗系數(shù)評定表

從上表可以看出，各試驗梁主要控制測點的應變校驗系數(shù)在 0.48～0.55之間、撓度校驗系數(shù)在0.49～0.51之間，均小于1，說明結構強度、剛度均能滿足要求，實際狀況好于理論狀況。

（2）殘余變形評定

實測殘余變形（Sp）與實測總變形（St）的比值越小結構就越接近彈性工作狀態(tài)，主要測點相對殘余變位或相對殘余應變不應超過20 %。

本次試驗主要測點應變、撓度及位移殘余值及評定見表7所示。

表7 殘余變形評定表

從上表可以看出，各試驗梁主要控制測點應變及撓度殘余值均小于 20%，滿足規(guī)范要求，說明在試驗過程中結構處于彈性工作狀態(tài)。

4 結論

根據(jù)京昆高速河北省石家莊至冀晉界公路T型試驗梁的超聲回彈綜合法測試混凝土強度以及靜力加載試驗的結果分析，混凝土強度滿足設計要求，試驗荷載作用下，所測得試驗梁的實測應變值均小于理論應變值，說明試驗梁在加載的過程中處于彈性工作狀態(tài)。試驗荷載作用下，所測試驗梁應變沿截面高度基本呈線性變化，滿足平截面假定，在單片梁試驗過程中，未發(fā)現(xiàn)梁體有裂縫產(chǎn)生。綜上所述，通過上述試驗，所測的河北省石家莊至冀晉界公路T型梁的強度及剛度均能滿足“公路-Ⅰ級”的設計荷載要求。施工現(xiàn)場根據(jù)測試結果將T梁外觀進行處理后應用于施工現(xiàn)場，節(jié)省了工程資金，排除了安全隱患。

［1］JTG D60-2004，公路橋涵設計通用規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004

［2］JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004

［3］JTG/T J21-2011，公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程［S］.北京：人民交通出版社，2011

Experimental Study on Reinforced Concrete T Beam of Beijing-Kunming Expressway from Shijiazhuang to the Border of Hebei and Shanxi

LI Jun-jun LIU Xun-chen YANG Shi-zhu
（Shijiazhuang Institute of Railway Technology Shijiazhuang Hebei 050041 China）

The strength of reinforced concrete T beams in Beijing-Kunming Expressway from shijiazhuang to the border of Hebei and Shanxi was tested with the ultrasonic-rebound method. A non-destructive static load test for one of the T beams has been done. The results show that the beams are up to specification， and can be used for the construction.

ultrasonic-rebound method static load test strength bearing capacity

中國分類號：TU312A

1673-1816（2016）02-0027-07

2015-11-12

李君君（1982-），男，講師，河北涿州人，研究方向工程結構施工監(jiān)測、檢測與安全施工技術。