基于靜載試驗(yàn)的單梁承載能力評定分析

黎力設(shè) 梁金志 林本虎

摘 ?要：預(yù)制梁橋占據(jù)我國橋梁數(shù)量的極大比重，故而預(yù)制梁片質(zhì)量的重要性不言而喻。該文以某預(yù)制梁橋的邊梁為試驗(yàn)對象，通過靜載試驗(yàn)對其進(jìn)行應(yīng)變、撓度等參數(shù)的測試及分析，從而評定其承載能力。結(jié)果表明，試驗(yàn)梁測試截面應(yīng)變、撓度校驗(yàn)系數(shù)均小于1.0，其強(qiáng)度和剛度滿足承載能力要求；試驗(yàn)梁相對殘余應(yīng)變、撓度均小于20%，試驗(yàn)梁處于彈性工作范圍內(nèi)；采用靜載試驗(yàn)的方法可對單梁構(gòu)件進(jìn)行較為準(zhǔn)確的承載能力評定，試驗(yàn)結(jié)果可為同類型構(gòu)件的承載能力評定提供參考。

關(guān)鍵詞：靜載試驗(yàn)；單梁構(gòu)件；承載能力評定；預(yù)制橋梁；截面應(yīng)變

中圖分類號：U446.1 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2024）14-0054-04

Abstract： Precast-girder bridges account for a large proportion of the number of bridges in our country， so the importance of the quality of precast girders is self-evident. In this paper， the side beam of a precast-girder bridge is taken as the object of the test， and its strain， deflection and other parameters are tested and analyzed by static load test， so as to evaluate its bearing capacity. The results show that the section strain and thecalibration coefficients of the deflection of the test beam are less than 1.0， and its strength and stiffness meet the requirements of bearing capacity; the relative residual strain and deflection of the test beam are less than 20%， and the test beam is within the elastic working range; the static load test method can be used to evaluate the bearing capacity of single beam members more accurately， and the test results can provide reference for the evaluation of bearing capacity of the same type of members.

Keywords： static load test; single beam member; bearing capacity evaluation; precast-girder bridge; section strain

隨著交通行業(yè)的快速發(fā)展，我國的橋梁建設(shè)數(shù)量也在逐年增加[1]。新建的橋梁當(dāng)中，梁式橋占據(jù)了極大的比重，而梁式橋當(dāng)中預(yù)制梁橋又占了大部分比例[2]，預(yù)制梁橋的施工是公路工程項(xiàng)目中的重點(diǎn)，每一個公路建設(shè)項(xiàng)目的預(yù)制梁場每天都有大橋梁片產(chǎn)出。正是由于生產(chǎn)的梁片過多，其中難以避免會存在質(zhì)量問題，如有的預(yù)制梁在養(yǎng)護(hù)過程當(dāng)中因養(yǎng)護(hù)不當(dāng)產(chǎn)生裂縫，或者梁片在吊裝過程當(dāng)中發(fā)生了磕碰而導(dǎo)致外觀損傷等。產(chǎn)生這些質(zhì)量問題之后不免會讓橋梁建設(shè)人員對梁片的承載能力產(chǎn)生懷疑，此時(shí)則需要對單梁構(gòu)件的承載能力進(jìn)行評定。為此，很多的專家、學(xué)者及工程技術(shù)人員都對單梁承載能力評定進(jìn)行了相關(guān)的理論及試驗(yàn)研究，取得了許多具有工程指導(dǎo)意義的成果。李雄輝等[3]通過對高速公路中常使用到的30 m預(yù)制T梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，驗(yàn)證了梁片的承載能力可滿足相關(guān)規(guī)范要求。江京翼等[4]通過對某預(yù)制PC小箱梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，提出了結(jié)合裂縫情況及實(shí)測位移與其理論值的相關(guān)度進(jìn)行綜合評定的方法，對梁體的使用性能和承載能力進(jìn)行綜合評判。

由上述分析及研究成果可知，對單梁的承載能力進(jìn)行評定，靜載試驗(yàn)是最直接、最有效的方法，各專家學(xué)者的評定均是基于靜載試驗(yàn)來進(jìn)行的。基于此，本文以某預(yù)制小箱梁為試驗(yàn)對象，采用靜載試驗(yàn)來評定其承載能力，試驗(yàn)結(jié)果可為同類型單梁的承載能力評定提供參考。

1 ?試驗(yàn)梁概況

某橋梁上部結(jié)構(gòu)采用3×（4×30 m）+（5×30 m）預(yù)應(yīng)力砼先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)小箱梁，每跨橫向布置4片梁，梁高1.75 m，中梁寬2.40 m，邊梁寬2.85 m，梁底寬1.00 m，橋面橫坡為單向2%，橋梁全長為518 m，設(shè)計(jì)荷載等級為公路-I級。本次試驗(yàn)選取第一聯(lián)第三跨外邊梁（3-4#梁）為試驗(yàn)對象，試驗(yàn)梁橫斷面構(gòu)造圖如圖1所示。

2 ?試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.1 ?有限元分析及試驗(yàn)工況

由裸梁狀態(tài)至成橋運(yùn)營狀態(tài)，試驗(yàn)梁跨中截面下緣的應(yīng)變增量=活荷載增量+二期荷載增量。根據(jù)跨中截面混凝土應(yīng)變增量等效原則，考慮成橋狀態(tài)與裸梁狀態(tài)的差異，計(jì)算裸梁狀態(tài)跨中截面的設(shè)計(jì)控制彎矩值M設(shè)?；诖?，采用梁格法建立該橋第一聯(lián)有限元模型，得出跨中截面下緣在活荷載和二期荷載作用下的應(yīng)變增量，然后建立裸梁模型計(jì)算試驗(yàn)荷載，本橋第一聯(lián)有限元計(jì)算模型如圖2所示，裸梁模型如圖3所示。

圖2 ?橋梁第一聯(lián)有限元模型

根據(jù)有限元計(jì)算分析結(jié)果，可得試驗(yàn)梁的裸梁等效計(jì)算結(jié)果見表1，其中M設(shè)為二期恒載M恒與活荷載M活之和。

試驗(yàn)梁試驗(yàn)工況及加載效率見表2。

2.2 ?靜載試驗(yàn)加載程序

本次試驗(yàn)加載的配重塊采用1.5 m×1.0 m×0.8 m的規(guī)則長方體混凝土塊，每塊配重塊的重量均為3.0 t，為了防止結(jié)構(gòu)在加載過程中意外損傷，采用分三級加載的方式。第一級加載第一層5塊配重塊（①～⑤），第二級加載第一、第二層10塊配重塊（①～⑩），第三級加載第一、第二層及第三層全部15塊配重塊，然后分一級卸載。在加載過程中通過實(shí)時(shí)監(jiān)測各測點(diǎn)撓度及應(yīng)變變化來控制實(shí)際加載進(jìn)度，滿載時(shí)試驗(yàn)梁加載如圖4所示。

2.3 ?控制截面及測點(diǎn)布置

2.3.1 ?試驗(yàn)控制截面

選擇跨中最大正彎矩截面（A截面）作為控制截面，在活載作用下，試驗(yàn)控制截面如圖5所示。試驗(yàn)過程中，對控制A截面進(jìn)行應(yīng)變和跨中撓度測試，對兩端支點(diǎn)進(jìn)行沉降測試。

2.3.2 ?測點(diǎn)布置

在試驗(yàn)控制截面布置應(yīng)力測點(diǎn)，根據(jù)該橋有限元模型的受力計(jì)算，得出最大受力的典型位置，在典型位置上布置軸向受力測點(diǎn)，控制截面布置6個靜態(tài)應(yīng)變測點(diǎn)（1#～6#測點(diǎn)）及2個撓度測點(diǎn)，兩端支座處截面各布置2個支座沉降測點(diǎn)，應(yīng)變測點(diǎn)橫向布置圖如圖6所示，控制截面撓度及支座沉降測點(diǎn)布置如圖7所示。

3 ?試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 ?應(yīng)變結(jié)果分析

試驗(yàn)梁的應(yīng)變測試結(jié)果可以反映構(gòu)件的局部變形及強(qiáng)度[5]，在各級荷載作用下，控制截面各測點(diǎn)應(yīng)變測試結(jié)果見表3，測試截面測點(diǎn)的應(yīng)變橫向分布曲線如圖8所示。從表3及圖8可以看出，在每級試驗(yàn)荷載作用下，試驗(yàn)梁控制截面的實(shí)測應(yīng)變值均小于對應(yīng)計(jì)算應(yīng)變值，控制截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)均小于1，說明試驗(yàn)梁的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)荷載要求，試驗(yàn)梁最大相對殘余應(yīng)變?yōu)?7.7%，小于20%，說明其處于彈性工作范圍內(nèi)。

3.2 ?撓度結(jié)果分析

試驗(yàn)梁的撓度測試結(jié)果可以反映試驗(yàn)梁的剛度及整體變形，在各級荷載作用下，試驗(yàn)梁控制截面撓度測點(diǎn)測試結(jié)果見表4，控制截面撓度柱狀圖如圖9所示。由表4及圖9可看出，試驗(yàn)梁的試驗(yàn)撓度均小于計(jì)算撓度，撓度校驗(yàn)系數(shù)小于1，表明試驗(yàn)梁的剛度滿足要求，試驗(yàn)梁相對殘余撓度為13.3%，小于20%，說明梁體處于彈性工作范圍內(nèi)。

4 ?結(jié)論

1）試驗(yàn)梁測試截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.50～0.91之間，均小于1.0，說明試驗(yàn)梁的強(qiáng)度滿足要求；測試截面的相對殘余應(yīng)變最大值為17.7%，小于20%，滿足規(guī)范要求，說明試驗(yàn)梁處于彈性工作范圍內(nèi)。

2）試驗(yàn)梁測試截面撓度的校驗(yàn)系數(shù)為0.34，小于1.0，說明試驗(yàn)梁的剛度滿足要求；測試截面相對殘余撓度為13.3%，小于20%，滿足規(guī)范要求，說明試驗(yàn)梁處于彈性工作范圍內(nèi)。

3）本文所采用的靜載試驗(yàn)方法可對單梁構(gòu)件進(jìn)行較為準(zhǔn)確的承載能力評定，其試驗(yàn)結(jié)果可為同類型單梁構(gòu)件的承載能力評定提供參考。

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