預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁靜載試驗(yàn)分析

許紅聲

摘要：文章介紹了橋梁靜載試驗(yàn)的目的與一般程序，并結(jié)合預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁工程實(shí)例，分析了靜載試驗(yàn)方法及其應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力;混凝土空心板梁;荷載試驗(yàn);靜載試驗(yàn)

This article introduces the purpose and general procedure of bridge static load test，and analyzes the static load test method and its application situation in combination with the prestressed concrete hollow slab beam engineering example.

Prestress;Concrete hollow slab beam;Load test;Static load test

0 引言

當(dāng)前，我國(guó)不少公路、城市橋梁多數(shù)采用預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、工藝成熟、造價(jià)較低，應(yīng)用越加廣泛。根據(jù)橋梁建設(shè)與運(yùn)營(yíng)情況來(lái)看，其建成后需做好相關(guān)試驗(yàn)檢測(cè)工作，確保工程質(zhì)量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求;同時(shí)橋梁使用過(guò)程中難免出現(xiàn)各種損傷，威脅行車(chē)安全，需落實(shí)試驗(yàn)評(píng)定工作，因此需制定科學(xué)的橋梁加固方案，切實(shí)保證橋梁運(yùn)營(yíng)安全、可靠。

1 橋梁荷載試驗(yàn)概述

基于我國(guó)交通事業(yè)的發(fā)展，各種公路、橋梁建設(shè)數(shù)量持續(xù)增加，同時(shí)很多早期建成的橋梁逐步進(jìn)入維修養(yǎng)護(hù)階段。為充分利用現(xiàn)有橋梁，必須要對(duì)其使用性能、效果有一個(gè)全面的掌握，應(yīng)通過(guò)荷載現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢驗(yàn)橋梁質(zhì)量，記錄橋梁應(yīng)變測(cè)試結(jié)果，了解橋梁的真實(shí)結(jié)構(gòu)響應(yīng)，以此評(píng)定橋梁運(yùn)營(yíng)荷載等級(jí)和實(shí)際使用情況。

根據(jù)荷載性質(zhì)的不同，可將橋梁荷載試驗(yàn)分為兩種：（1）靜載試驗(yàn);（2）動(dòng)載試驗(yàn)。靜載試驗(yàn)主要是將靜止的荷載作用在橋梁指定位置，主要檢測(cè)參數(shù)包括靜力位移、靜力應(yīng)變、裂縫、沉降等，以此判斷橋梁的承載力、工作性能。其具體應(yīng)用情況如圖1所示。本文主要圍繞其展開(kāi)具體分析，以實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的科學(xué)評(píng)價(jià)。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁靜載試驗(yàn)的目的與一般程序

靜載試驗(yàn)是檢測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的重要方法之一，本文結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁荷載試驗(yàn)的目的、內(nèi)容與一般程序進(jìn)行簡(jiǎn)要的歸納分析。

2.1 靜載試驗(yàn)的目的

預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁靜載試驗(yàn)的目的主要可歸納為：

（1）檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量：橋梁建成后均需進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，靜載試驗(yàn)報(bào)告是橋梁質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要依據(jù)之一，用以驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性。

（2）完善橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法：基于橋梁事業(yè)的發(fā)展，各種新材料、新工藝得到了廣泛的推廣應(yīng)用，實(shí)際作業(yè)中難免遇到一些問(wèn)題，對(duì)此必須通過(guò)靜載試驗(yàn)等方式獲得相關(guān)的橋梁參數(shù)，以此驗(yàn)證設(shè)計(jì)方法的正確性，或?yàn)樵O(shè)計(jì)計(jì)算、優(yōu)化提供可靠的數(shù)據(jù)積累。

（3）明確橋梁結(jié)構(gòu)工作性能，判斷是否滿(mǎn)足使用條件：時(shí)至今日我國(guó)建成的橋梁數(shù)量已經(jīng)十分龐大，其中不少早期建成的橋梁在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中出現(xiàn)了各種損傷，對(duì)于此類(lèi)橋梁必須落實(shí)相關(guān)試驗(yàn)檢測(cè)工作，明確橋梁承載力、使用性能，以此制定合理的限載方案和加固方案。

2.2 靜載試驗(yàn)一般程序

橋梁靜載試驗(yàn)是一項(xiàng)系統(tǒng)的、復(fù)雜的工作，必須根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康淖龊孟嚓P(guān)調(diào)查工作，制定周密的試驗(yàn)方案，提出可行的試驗(yàn)計(jì)劃。靜載試驗(yàn)主要內(nèi)容與一般程序如下：

2.2.1 靜載試驗(yàn)內(nèi)容

橋梁靜載試驗(yàn)內(nèi)容如圖2所示。

2.2.2 靜載試驗(yàn)一般程序

橋梁靜載試驗(yàn)主要可分為三大階段，具體如下：

（1）橋梁考察和方案設(shè)計(jì)。此階段是橋梁靜載試驗(yàn)開(kāi)展的必要階段，其主要工作內(nèi)容包括：技術(shù)資料收集、橋梁現(xiàn)狀檢查、理論計(jì)算、試驗(yàn)方案制定、現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備等。

①技術(shù)資料的收集：包括設(shè)計(jì)文件、施工文件、監(jiān)理記錄、原始試驗(yàn)資料、橋梁養(yǎng)護(hù)與維修記錄等;同時(shí)還需收集橋梁運(yùn)營(yíng)階段的車(chē)流量、重載車(chē)輛情況等。

②橋梁外觀(guān)檢查：主要檢查對(duì)象包括上、下部結(jié)構(gòu)與支座，檢查表面裂縫情況、支座老化情況、螺栓松緊度等，以此基本掌握橋梁現(xiàn)狀。

③理論計(jì)算與分析：理論計(jì)算包括內(nèi)力計(jì)算、試驗(yàn)荷載效應(yīng)計(jì)算等。具體如表1所示。重要橋梁需與原設(shè)計(jì)單位理論計(jì)算成果進(jìn)行對(duì)比，確保一致。

④試驗(yàn)方案制定：基于上述分析結(jié)果制定靜載試驗(yàn)方案，主要包括確定測(cè)試內(nèi)容、設(shè)計(jì)加載方案與觀(guān)測(cè)方案、選用儀器儀表、配備人員等;若有必要需聘請(qǐng)專(zhuān)家評(píng)審，完善靜載試驗(yàn)實(shí)施細(xì)則。

⑤現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)準(zhǔn)備：包括接通電源、搭設(shè)腳手架等臨時(shí)結(jié)構(gòu)、準(zhǔn)備安全工具、封閉交通、落實(shí)加載用車(chē)輛和設(shè)備等。

（2）加載與觀(guān)測(cè)。此階段是靜載試驗(yàn)的核心環(huán)節(jié)，需按預(yù)定試驗(yàn)方案、程序落實(shí)各項(xiàng)工作，規(guī)范使用加載設(shè)備、測(cè)試儀器，記錄好橋梁受力后的各項(xiàng)指標(biāo)。

①橋梁測(cè)點(diǎn)布設(shè)：測(cè)點(diǎn)不宜過(guò)多，要求主要測(cè)點(diǎn)的布設(shè)可控制結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力（應(yīng)變）、最大撓度，可同一測(cè)點(diǎn)采取不同測(cè)試方法校對(duì)，確保觀(guān)測(cè)結(jié)果的精確性。

②針對(duì)部分重要工況，做好預(yù)壓、試探性試驗(yàn)，消除溫度等因素的影響，以更好地達(dá)到試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

③及時(shí)比較理論值、實(shí)測(cè)值，判斷是否需終止加載，確保試驗(yàn)安全。

（3）資料分析與處理。此階段是數(shù)據(jù)綜合分析環(huán)節(jié)，原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)規(guī)律、無(wú)條理，需做好數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析、解碼處理等工作，過(guò)濾溫度等非彈性因素的影響，獲得更加精確的試驗(yàn)結(jié)果，以此做出科學(xué)判斷。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁靜載試驗(yàn)

3.1 工程概況

本文僅以某橋梁靜載試驗(yàn)為例展開(kāi)分析。此橋梁結(jié)構(gòu)采用的是16 m簡(jiǎn)支預(yù)制預(yù)應(yīng)力空心板梁，共計(jì)7跨，每跨橫向7片梁，先張法施工，采用C50混凝土。板高、中板寬分別為0.7 m、1.03 m，預(yù)應(yīng)力筋選用高強(qiáng)低松弛鋼絞線(xiàn)，“雙控”施工;下部結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑120 cm。如圖3所示即為橋梁橫截面示意圖。

3.2 靜載試驗(yàn)的目的、設(shè)備

本項(xiàng)目主要是通過(guò)靜載試驗(yàn)，檢驗(yàn)橋梁受力情況是否滿(mǎn)足規(guī)范要求，同時(shí)通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的綜合分析，對(duì)橋梁現(xiàn)狀進(jìn)行總體評(píng)價(jià)。具體試驗(yàn)設(shè)備如表2所示。

3.3 靜載試驗(yàn)方法

3.3.1 測(cè)點(diǎn)布置

本項(xiàng)目測(cè)點(diǎn)布置情況如圖4所示。

3.3.2 試驗(yàn)加載

（1）試驗(yàn)荷載效率控制在0.8～1.0;分級(jí)加載，4級(jí)加載、1級(jí)卸載;每一加載工況進(jìn)行2次，保證數(shù)據(jù)精確。

（2）加載階段落實(shí)安全監(jiān)測(cè)工作，根據(jù)結(jié)構(gòu)控制截面變位、應(yīng)力情況，及時(shí)判斷是否需停止加載。

（3）本項(xiàng)目加載采用35 t重車(chē)，加載方式見(jiàn)圖5。

3.3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

（1）橫向分布試驗(yàn)：如圖6所示即為實(shí)測(cè)橫向分布影響曲線(xiàn)：曲線(xiàn)圓滑，表明橫向連接正常。

（2）截面應(yīng)變分析：實(shí)測(cè)時(shí)，在受力相對(duì)不利的3#～6#梁梁底兩側(cè)布置2排應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，并開(kāi)展2次循環(huán)加載測(cè)試。本次實(shí)測(cè)卸載殘余應(yīng)變較小，2次加載量測(cè)顯示殘余應(yīng)變值與第四級(jí)應(yīng)變值之比分別在20%、10%以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足要求，截面變形處于彈性工作狀態(tài)。

（3）抗裂性分析：本項(xiàng)目在3#～6#梁梁底兩側(cè)布置5～7個(gè)鋼弦應(yīng)變計(jì)，相鄰距離控制在30 cm，分級(jí)加載，測(cè)試每級(jí)荷載下梁體下緣應(yīng)變，繪制ε-η關(guān)系圖（X軸、Y軸分別為荷載效率系數(shù)、梁體下緣實(shí)測(cè)應(yīng)變）。若是圖中出現(xiàn)拐點(diǎn)，則表明此處或是周邊存在開(kāi)裂情況。通過(guò)對(duì)部分抗裂應(yīng)變測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)情況可知，實(shí)測(cè)應(yīng)變與荷載效率線(xiàn)性關(guān)系良好，截面應(yīng)變沿截面高度分布的線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)為0.999 1，說(shuō)明梁體截面變形符合平截面假定，無(wú)開(kāi)裂情況，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

（4）剛度評(píng)定：本項(xiàng)目實(shí)測(cè)第二循環(huán)最大級(jí)試驗(yàn)荷載下1#～7#、9#梁撓度值，經(jīng)對(duì)比實(shí)測(cè)值偏小;撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.341～0.521，基本滿(mǎn)足規(guī)范要求。根據(jù)實(shí)測(cè)撓度推算1#～7#、9#梁在汽車(chē)荷載作用下（不計(jì)沖擊）的撓度值、撓跨比f(wàn)/L如表3所示，結(jié)構(gòu)剛度滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，荷載試驗(yàn)在檢驗(yàn)橋梁施工質(zhì)量、運(yùn)營(yíng)安全性等方面發(fā)揮著巨大的作用。本文主要以靜載試驗(yàn)為研究對(duì)象展開(kāi)分析，此項(xiàng)目工作主要包括橋梁考察和方案設(shè)計(jì)、加載與觀(guān)測(cè)、資料分析與處理三大階段，實(shí)踐性較強(qiáng)，要求試驗(yàn)人員必須具備豐富的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，能夠?qū)⒗碚撚?jì)算與實(shí)橋檢測(cè)充分結(jié)合，切實(shí)獲得精確的試驗(yàn)結(jié)果，以此指導(dǎo)橋梁安全度判別、加固維修方案的制定，切實(shí)發(fā)揮橋梁應(yīng)有的運(yùn)營(yíng)效益。

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