橋梁單片梁試驗方法及注意問題

李濟民

0 前言

簡支梁橋現廣泛應用于橋梁實際工程建設中，該結構體系橫截面的形式多采用肋形截面，它包括T形梁、I形梁、板梁和小箱梁等。為保證工程質量，對于每個批次或每種結構形式，至少抽檢1片單片梁進行荷載試驗檢測，從而評定該結構是否滿足承載能力的要求。

1 荷載效率確定方法[1][3]

單片梁試驗以彎矩作為控制值，需要考慮的荷載包括二期恒載，人群荷載和車道荷載，對以公路橋梁來說車道荷載為公路I級或公路II級，并需要計算沖擊效應。

1.1 橫向分布系數法確定設計彎矩值

承受多列車隊移動荷載的橋跨結構，其截面內力理應采用空間結構理論進行分析，但為了便于應用《結構力學》中的平面桿系結構理論完成分析，工程上便采用了簡化的計算方法，即取橫截面中的任意一片梁單獨分析，分配給該梁上的車輛荷載可用車輛軸重與修正系數m的乘積來代替，此修正系數便是橫向分布系數。簡化的方法有：杠桿法、剛性橫梁法、修正的偏心壓力法、鉸接板法、剛接板法、G-M法等，上述簡化計算方法的采用應根據實際結構型式來選取。

1.2 空間有限元分析法確定設計彎矩值

可以通過應用空間有限元軟件，對橋梁結構物進行模擬，如應用midas civil等專業的橋梁分析軟件，建立結構分析模型，然后添加設計荷載，便可做相應的計算。

1.3 荷載折減系數的確定

在進行設計彎矩值計算過程中，橋涵設計的荷載規定了兩個荷載折減系數，其一為橫向折減系數，當橋梁設計車道數大于2時，汽車產生的效應應按規范予以折減，車道數越多，其折減系數變越小，但折減后的效應不得小于用兩列車布載的計算結果。其二稱為縱向折減系數，當橋梁計算跨徑大于150 m時，應按規范規定折減，在多跨連續梁結構中，按最大計算結構跨徑計算縱向折減系數。

1.4 沖擊系數

汽車以較高的速度駛過橋梁時，由于橋面不平整、發動機震動等原因，會引起橋梁結構的振動，從而造成內力增大。為了考慮這個因素，通過引入一個豎向動力效應的增大系數——沖擊系數，來計及汽車荷載的沖擊作用。規范規定，按結構不同的基頻，汽車引起的沖擊系數在0.05～0.45之間變化，其計算方法為：

當 f＜1.5Hz時，μ=0.05

當 1.5Hz≤f≤14Hz時，μ=0.1767lnf-0.0157

當 f＞14 Hz時，μ=0.45

式中：f——結構基頻，Hz。

1.5 荷載效率的確定

單片梁實際加載彎矩值與設計彎矩值之比稱為荷載效率系數，根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》荷載效率系數宜介于0.95～1.05。

2 應變測量與分析[3]

（1）應變測試點按規范選定跨中和1/4跨進行，在跨中和1/4跨截面沿著高度布置，具體位置為分布在截面應力較大的位置為宜，如圖1所示。

（2）應變的測試需注意溫度因素的影響，宜在氣溫比較穩定的情況下開始試驗。為比較準確地消除溫度影響，可布置應變片時取用半橋連接來考慮。

圖1 截面應變布置示意圖

（3）截面中性軸高度的確定，通常截面中性軸高度按照素混凝土截面來計算（見表1），但實測數據表明有一定的偏差，如下例試驗梁中性軸高度根據實測應變計算為0.45 m，由設計圖紙素混凝土截面計算出的中性軸高度為0.51 m，兩者相差約10%，對結果精度有一定影響。所以為精確分析應充分考慮預應力鋼索和受力鋼筋對截面中性軸位置的影響（見圖2、圖3）。

表1 單片梁 L/2跨斷面應變測試結果（單位：με）

圖2 截面應變布置示意圖

圖3 跨中截面應變沿截面高度變化圖

3 撓度分析[3]

撓度分析中可按規范的線性插值方法消去支座沉降位移的影響，撓度測點主要布置在跨中截面和1/4跨位置，如圖4所示。

圖4 撓度測點布置及編號示意圖

試驗梁共布置6個撓度測點,采用電子數顯百分表測量各級荷載下測點的撓度，以及支座壓縮變形。

4 結語

本文詳細敘述了單片梁荷載試驗的主要內容，特別建議了理論值分析、數據采集與分析需注意的內容，同時強調了應變分析中需充分考慮溫度效應的影響和中性軸高度位置確定中需考慮的因素，為同類型的試驗提供一定的參考價值。

[1]JTG D60-2004,公路橋涵設計通用規范[S].

[2]JTGD62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

[3]JTG/T J21-2011，公路橋梁承載能力檢測評定規程[S].