基于靜載試驗的公路橋梁預(yù)制單梁板承載能力評定

肖宏笛 史曉貞

隨著近年我國公路交通建設(shè)的快速發(fā)展，各種公路橋梁的建設(shè)也日漸增多。而預(yù)制裝配式梁板以其受力明確、施工簡便、工藝成熟、質(zhì)量容易把控、經(jīng)濟美觀等優(yōu)點在我國中小公路橋梁的建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。為了對預(yù)制梁板的施工質(zhì)量進行控制，在架設(shè)梁板之前，需要對單梁板的承載能力進行評定，確認(rèn)其施工質(zhì)量是否滿足規(guī)范及設(shè)計要求。而現(xiàn)有規(guī)范對公路橋梁預(yù)制單梁板承載能力評定的方法并沒有給出明確規(guī)定，與公路橋梁單梁板承載能力評定相關(guān)的研究也不多。本文主要依靠工程實例，探討基于靜載試驗的公路橋梁預(yù)制單梁板承載能力評定。

一、單梁板承載能力評定理論分析

本文主要參考鐵路單梁承載能力評定過程中通過內(nèi)力等效來確定試驗荷載的方法，并按照公路橋梁荷載試驗的規(guī)定，通過靜載試驗的方法來評定公路橋梁單梁板的承載能力。

本文取用成橋狀態(tài)下汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)值(含沖擊力)和二期恒載作為設(shè)計荷載，以跨中截面作為試驗控制截面，通過結(jié)構(gòu)分析程序計算設(shè)計荷載作用下的單片梁板在成橋狀態(tài)下的跨中彎矩，然后按照彎矩等效原則(即裸梁在試驗荷載作用下的彎矩與成橋狀態(tài)下的彎矩相等)，反算出裸梁的試驗荷載。

二、工程概況

某橋橋跨布置為4×13m，橋?qū)?2.75m，上部結(jié)構(gòu)采用10片預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板結(jié)構(gòu)。設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)為公路-I 級。橋梁橫斷面圖見圖1，計算參數(shù)見表1 。

圖1 跨中橫斷面圖（單位：cm）

表1 計算參數(shù)

三、靜力荷載試驗

1.試驗內(nèi)容

靜載試驗主要是對預(yù)制空心板的抗裂性、強度、剛度等進行測試，具體體現(xiàn)為在試驗荷載作用下裂縫觀測、應(yīng)變和撓度的測試。

2.測點布置

以跨中截面作為應(yīng)力應(yīng)變控制截面，以1/4L、和1/2L0及3/4L0支點附近截面作為撓度控制截面（圖2）

圖2 跨中截面應(yīng)變、撓度測點布置圖

3.試驗加載

根據(jù)試驗梁板的荷載橫向分布系數(shù)，通過有限元軟件Midas Civil 2017建立梁板單梁模型（圖3），計算設(shè)計荷載作用下的單片梁板在成橋狀態(tài)下的跨中彎矩（表2）。

圖3 計算模型

表2 彎矩計算結(jié)果

以跨中彎矩等效原則，建立試驗梁模型，確定試驗荷載（表3）。考慮現(xiàn)場實際情況，試驗加載方式采取在梁板跨中9m范圍內(nèi)放置配重梁塊（圖4），以均布荷載的形式分七級加載、兩級卸載。

圖4 加載示意圖

表3 加（卸）載程序

四、測試結(jié)果及其分析

1.裂縫檢測

試驗前對試驗梁板進行外觀質(zhì)量檢查，未發(fā)現(xiàn)裂縫，試驗過程中、試驗結(jié)束后也未發(fā)現(xiàn)裂縫。

2.應(yīng)變測試結(jié)果及其分析

各測點在試驗荷載作用下，應(yīng)變測試結(jié)果及其分析見表4、圖5、圖6。

表4 試驗荷載滿載作用下各測點應(yīng)變測試分析結(jié)果（單位：με）

圖5 應(yīng)變測點分析結(jié)果對比圖

圖6 實測應(yīng)變沿截面高度分布圖

根據(jù)表4及圖5可知：在試驗滿荷載作用下，實測應(yīng)變小于理論應(yīng)變，應(yīng)變校驗系數(shù)最大為0.81，滿足規(guī)范規(guī)定的不大于1的要求，說明該梁板混凝土實測強度滿足試驗荷載要求；卸載后，相對殘余應(yīng)變最大為14.3%，滿足規(guī)范規(guī)定的不大于20%的要求，說明梁板處于彈性工作狀態(tài)。根據(jù)圖6可知，實測彈性應(yīng)變沿截面高度的線性關(guān)系良好，符合平截面假定；實測中性軸高度為0.295m，與理論值0.301m基本吻合。

3.撓度測試結(jié)果及其分析

將撓度測試數(shù)據(jù)經(jīng)支點沉降修正后，計算出梁板各個測試截面在試驗荷載作用下的撓度值，測試結(jié)果及其分析見表5、圖7、圖8。

表5 支座修正后實測撓度分析

圖7 撓度沿跨徑方向分布曲線圖

圖8 測點撓度-荷載關(guān)系曲線

根據(jù)表5及圖7可知，在試驗滿荷載作用下，實測撓度小于理論撓度，撓度校驗系數(shù)最大為0.74，滿足規(guī)范規(guī)定的不大于1的要求，說明梁板的剛度滿足設(shè)計要求；相對殘余撓度最大為11.5%，滿足規(guī)范規(guī)定的不大于20%的要求，說明梁板彈性工作正常。根據(jù)圖8可知，加（卸）載過程中荷載撓度曲線基本呈直線，說明該梁板在試驗荷載作用范圍內(nèi)基本處于彈性工作狀態(tài)。

4.結(jié)論

通過對該單梁的抗裂性、強度、剛度三個方面分析評定，可知該單梁的承載能力滿足規(guī)范及設(shè)計的要求。

五、結(jié)語

隨著這種裝配式梁橋的廣泛應(yīng)用，為了控制施工質(zhì)量對單梁板承載能力進行評定，將成為這種裝配式橋梁建設(shè)和運營管理期間一個重要的組成部分。本文借助工程實例，通過靜載試驗的方法，從該單梁的強度、剛度、抗裂性三個方面對其承載能力進行評定，評定方法科學(xué)、可靠，評定過程清晰、明了，評定結(jié)果準(zhǔn)確、合理，對類似單梁承載能力的評定具有一定的參考價值。