鋼筋混凝土預(yù)制梁靜載試驗分析與研究

李 科

(廣東省冶金建筑設(shè)計研究院，廣東 廣州 510080)

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橋梁工程

鋼筋混凝土預(yù)制梁靜載試驗分析與研究

李 科

(廣東省冶金建筑設(shè)計研究院，廣東 廣州 510080)

主要是以坑塘徑小橋為背景，對橋梁進行設(shè)計分析，提出鋼筋混凝土預(yù)制梁靜載試驗?zāi)Ｐ?，并對靜載試驗?zāi)Ｐ瓦M行理論分析，并通過現(xiàn)場靜載試驗證明了梁的施工質(zhì)量是合格的，同時驗證此鋼筋混凝土梁設(shè)計理論與現(xiàn)場實際基本吻合。

設(shè)計分析；靜載試驗?zāi)Ｐ?；理論分析；現(xiàn)場靜載試驗

1 設(shè)計概況

惠深高速公路改擴建工程K31+947.648處為坑塘徑小橋，孔徑為1×8 m，舊橋評定了一類橋，建議保留利用，我們設(shè)計采用新建橋梁與舊橋拼寬，上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土空心板，左右幅均為加寬5 m，下部墩臺采用樁柱式，橋面鋪裝為11瀝青混凝土+10鋼筋混凝土鋪裝，設(shè)計荷載為公路一級?？招陌褰孛鎺缀纬叽缛鐖D1所示，空心板中截面主主筋為20根I18，布置圖如圖2所示，截面特性如表1所示。

圖1 梁橫斷面圖

圖2 中截面主筋配筋圖

A0I0Y0下截面面積/m2抗彎慣矩/m4)中性軸至梁底距離/m0.30870.00550.1991

2 靜載試驗理論分析

2.1 靜載試驗?zāi)Ｐ?/p>

對單體梁來說，受試驗現(xiàn)場條件限制，往往以施加荷重的方法(例如：用鋼筋、鋼絞線、水泥等)來模擬某一等級的車輛荷載，試驗荷載加載方法一般也可根據(jù)試驗現(xiàn)場條件來確定。就地取材采用鋼筋作為加載荷載，用均布荷載來模擬梁板受力的狀態(tài)，圖3為均布荷載加載到梁的跨中的模型圖。

圖3 靜載試驗?zāi)Ｐ蛨D

2.2 靜載試驗控制彎距計算

采用MIDAS對橋橋梁加寬部分進行獨立分析，計算模型如下。

根據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60 2004)，計算出空心板下在汽車活載下最大彎距，對于汽車效應(yīng)，根據(jù)設(shè)計規(guī)范記入沖擊系數(shù)，經(jīng)計算在公路一級荷載作用下，中板中截面的最大彎距是112.3 kN·m，該橋橋面鋪裝為11瀝青混凝土+10鋼筋混凝土鋪裝，經(jīng)計算二期恒載作用下，中板中截面最大彎距36.3 kN·m。

預(yù)制梁自重引起的梁的應(yīng)力、應(yīng)變，在靜載試驗時已經(jīng)產(chǎn)生，故試驗荷載應(yīng)不計入梁的自重，預(yù)制梁的試驗荷載按其下緣應(yīng)力與正常使用狀態(tài)下單梁下緣應(yīng)力相等的原則，計算成橋狀態(tài)截面特性考慮5 cm整體化層參與結(jié)構(gòu)受力，靜載試驗時要考慮剛度替換，將汽車活載與二期恒載重疊在一起，剛度替換后，最大的控制彎距為113.9 kN·m。

2.3 靜載試驗應(yīng)變與撓度理論計算

簡支梁跨中加載均布荷載，最大彎矩在跨中

梁的自重產(chǎn)生的跨中彎矩

對鋼筋混凝梁在控制彎矩及自重產(chǎn)生彎矩組合作用下，梁里彎曲豎向裂縫已形成并開展，中和軸以下大部分混凝土已經(jīng)退出工作，由鋼筋承受拉力，但應(yīng)力還小于其屈服強度，梁進入開裂后彈性階段，需將鋼筋和受壓區(qū)混凝土兩種材料組成實際截面換算成鋼筋混凝土開裂截面的換算截面，并計算出開裂截面抗彎慣矩Icr

式中：x為受壓區(qū)的高度；h0為截面有效高度；b為截面有效寬度；αEs為鋼筋混凝土構(gòu)件截面換算系數(shù)；αEs=Es/Ec

As為鋼筋截面積。

那么控制彎矩在跨中截面上緣和下緣產(chǎn)生的應(yīng)變

同樣由于受到裂縫的原因，鋼筋混凝土梁剛度會變小，對鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，《公路鋼筋混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》計算變形時的抗彎剛度為

式中：B為開裂構(gòu)件等效截面的抗彎剛度；B0為全截面的抗彎剛度，B0=0.95EcI0；Bcr為開裂截面的抗彎剛度，Bcr=EcIcr；Mcr為開裂彎矩；Ms為按短期效應(yīng)組合計算的彎矩值；γ為構(gòu)件受拉區(qū)混凝土塑性影響系數(shù)；γ=2S0/W0；I0為全截面換算截面慣性矩；Icr為開裂截面換算截面慣性矩；ftk為混凝土軸心抗拉強度標準值。

這樣就可以計算控制彎矩在鋼筋混凝土預(yù)制梁跨中撓度

4 現(xiàn)場靜載試驗

現(xiàn)場加載成捆的鋼筋施加均布荷載，加載方式采用三級加載，加載示意圖詳見圖4。

圖4 加載示意圖

鋼筋加載重量詳見表2。

表2 鋼筋重量一覽表

根據(jù)實際加載跨中截面的彎矩為113.85 kN·m，理論計算跨中截面的彎矩為113.9 kN·m。故靜載效率糸數(shù)為113.85/113.9=1.000，符合《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/TJ21-2011)8.1.2規(guī)定的 0.95≦η≦1.05要求。

在試驗空心板的跨中及支座處設(shè)有百分表測量其撓度及支座沉降，在每級荷載作用下的跨中截面測試數(shù)據(jù)及理論計算數(shù)據(jù)見表3。

表3 撓度測試結(jié)果

注：表中正表示板底下?lián)?/p>

由表3可知，在滿載情況下，撓度校驗系數(shù)為(5.298-0.290)/5.576=0.898，相對殘余值為0.29/5.298=5%，符合《公路橋承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/TJ21-2011)8.3.1條規(guī)定。

在試驗板跨中截面的上緣和下緣粘貼電阻應(yīng)變片，用BZ2205-40型應(yīng)變儀測量加載過程中的應(yīng)變情況。在每級荷載作用下跨中截面測試數(shù)據(jù)及理論計算數(shù)據(jù), 見表4。

表4 應(yīng)變測試結(jié)果(單位με )

由表4可知，空心板上緣應(yīng)變校驗系數(shù)為(-168-(-15))/(-198)=0.773，相對殘余值為(-15)/(-168)=9%，下緣應(yīng)變校驗系數(shù)為(278-27)/326=0.770，相對殘余值為27/278=10%，符合《公路橋承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/TJ21-2011)8.3.1條規(guī)定。

靜載試驗前、試驗過程中及試驗后，均對該空心板結(jié)構(gòu)跨中附近過行了裂縫監(jiān)測，靜載試驗前，該空心板末見可見裂縫，加載至第三級時，對空心板進行仔細觀察，發(fā)現(xiàn)跨中截面附近出現(xiàn)有多條豎向裂縫，最大裂縫寬度為0.12 mm，在距離跨中截面0.2 m位置，卸載后，裂縫閉合狀況良好，閉合后最大裂縫寬度為了0.04 mm，裂縫情況符合《公路橋承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/TJ21-2011)8.3.1條規(guī)定。

5 結(jié) 語

通過對靜載試驗?zāi)Ｐ屠碚摲治鲆约艾F(xiàn)場靜載試驗，證明了梁的施工質(zhì)量是合格的，同時驗證此鋼筋混凝土梁設(shè)計理論與現(xiàn)場實際基本吻合，為以后的梁靜載試驗以及鋼筋混凝土梁的設(shè)計提供了一定的借鑒作用。

[1] 周葉明，曾明杰. 預(yù)制小箱梁單梁靜載試驗及與承載能力評定分析[J]. 中外公路，2015，(5).

[2] 楊永華，陳以一,連續(xù)開孔梁的抗彎剛度和撓度的等效計算[J]. 結(jié)構(gòu)工程師，2006，(6).

[3] 馬云鋒，陳軍生. 橋梁單梁靜載試驗[J].中外公路，2006，(3).

A dissertation on analysis and research on reinforced concrete beam static loading test

LI Ke

(Guangdong Metallurgical and Architectural Design Institute,Guangzhou,Guangdong 510080，China)

This article is based on the small Kengtangjing bridge as the background, design and analysis of proposed model of precast reinforced concrete bridge,beam static loading test, and the static load test model by theoretical analysis, and through the field static load test proves that the construction quality of the beam is qualified, and to verify the design theory and the beam field of reinforced concrete actual match.

design analysis;static load test model;theoretical analysis;field static load test

2016-11-13

李科(1985-)，男，湖南人，工程師，主要從事橋梁與隧道設(shè)計工作。

U442

C

1008-3383(2017)05-0092-02