劉家道口公路橋預應力空心板載荷試驗分析研究

邢朝陽

（安徽省·水利部淮委水利科學研究院 蚌埠 233000）

劉家道口公路橋預應力空心板載荷試驗分析研究

邢朝陽

（安徽省·水利部淮委水利科學研究院 蚌埠 233000）

通過對空心板的靜載荷試驗，介紹了預制構件結構性能的測試依據、測試內容、靜載荷試驗結果，提出預應力空心板梁的剛度和抗裂性能與設計荷載比較所能承擔的抗裂能力。

空心板梁 靜載荷試驗 剛度 抗裂度

1 概況

沂沭泗河洪水東調南下續建工程劉家道口樞紐位于臨沂市劉家道口村北的沂河干流上，主要由劉家道口節制閘、分沂入沭彭家道口分洪閘、劉家道口放水洞、盛口放水洞、姜墩放水洞、盛口切灘、閘上堤防截滲、李公河防倒漾閘、李莊閘、水文觀測設施、工程管理設施等組成。樞紐中的彭家道口分洪閘已于1974年建成外，其余建筑物均屬此次建設工程。

劉家道口節制閘是實現沂沭河洪水東調入海的控制性建筑物，為開閉敞式曲堰型水閘，閘室總凈寬576.0m，共36孔，單孔凈寬16.00m，閘室下游側設裝配式鋼筋混凝土交通橋，交通橋荷載標準為二級公路橋；橋面凈—9+2×1.0m，橋面高程64.36m。該交通橋的結構設計安全等級為二級。橋面結構采用后張法預應力空心板結構，跨徑18m，每跨9塊板，7塊中板，2塊邊板，板寬1.24m，板厚0.9m，板與板之間用鉸縫連接。

在公路橋梁建設中，為保證橋梁使用性能的可靠，在空心板梁施工后應進行靜載荷試驗，通過載荷試驗可對空心板梁的剛度和抗裂度進行分析，是否滿足設計要求和規范要求，此次對劉家道口公路橋一片預應力空心板進行了破壞性試驗，以驗證板梁的實際承載能力。

2 預應力空心板裸板試驗荷載確定

劉家道口節制閘交通橋：橋面凈空：凈—9+2×1.0m，荷載等級：公路Ⅱ級，人群荷載：3.0kN/m2，標準跨徑18m，計算跨徑17.3m，共36跨，橋梁上部采用后張法預應力混凝土空心板結構。

空心板：采用C40混凝土，fck=26.8MPa，fcd=18.4MPa。

φj15.2鋼鉸線：28根，fpk=1860MPa，fpd=1260MPa。

單板寬b=1240mm，板高h=900mm，空心板上頂板和下底板厚度均為100mm，計算跨徑：l=17.96-2×0.33=17.3m。預應力鋼筋的合力點至空心板底邊距離為a=150mm，因此空心板截面的有效高度為：h0=900-150=750mm。

2.1 計算裸板所受荷載

車道均布荷載：qk=0.75×10.5=7.875（kN/m），車道集中

荷載：Pk=120+3×17.3=171.9（kN/m），由鉸接板法計算跨中荷載橫向分布系數得：

按照兩列車布載，3號板最為不利，m3q=0.27，m3r=0.204，按照三列車布載，4號板最為不利，m4q=0.346，m4r=0.183。

橫向布置車道數為3時，橫向折減系數為0.78，m4q=0.346×0.78=0.27，

所以橫向分布系數為：m3q=0.27，m3r=0.204，沖擊系數μ＝0.256，

計入沖擊力后，汽車荷載：

人群荷載：

2.2 承載能力極限狀態基本組合

3 測試內容

3.1 測試目的

在試驗荷載作用下，對板的剛度、板在彎矩荷載作用下跨中截面的正應變分布、板的抗裂性進行測試與監控。

3.2 測試依據

設計提供的公路橋預應力空心板荷載、公路橋涵設計規范、混凝土結構工程施工質量驗收規范及橋涵工程試驗檢測技術規范等技術資料。

4 靜載荷試驗分析與研究

4.1 試驗加荷方案

預應力空心板抗彎試驗采用跨中等效彎矩法，所采用的等效彎矩區域長度為1.5m。加荷方式如圖1。

汽—20為設計荷載與掛—100為校核荷載下，板跨中最大彎矩（承載能力極限狀態基本組合）518.4kN·m（不含板的自重荷載）。

圖1 抗彎試驗加荷示意圖

跨中加荷的折算荷載計算公式如下：

其中：P——折算荷載（kN）；

Mp——跨中彎矩（kN·m）；

Lo——計算長度—等效彎矩長度（m）。

17.96m板靜載荷試驗施加的折算荷載P的計算值為131.1kN。荷載分級為：0.2P、0.4P、0.6P、0.7P、0.8P、0.9P、1.0P，1.1P、1.2P、1.3P、1.4P、1.5P、1.6P、1.7P、1.8P；其中1.0P時，跨中等效彎矩為相應于汽—20設計荷載與掛—100校核荷載下的跨中最大彎矩，持荷時間0.5h，其余各級荷載均持荷15min。

4.2 荷載試驗結果

4.2.1 撓度檢測

1#試驗板梁在各級荷載作用下L/4、L/2、3L/4實測撓度對應的撓度曲線如圖2，跨中撓度—荷載曲線見圖3。

圖2 1#試驗板梁在幾級荷載下撓度曲線

圖3 1#試驗板梁跨中撓度—荷載曲線

4.2.2 混凝土應變檢測

1#試驗梁在各級荷載作用下的等彎矩底部兩側應變均值與荷載變化曲線見圖4。

圖4 1#試驗板梁底部兩側應變均值

1#試驗梁跨中截面兩側自上而下各測點應變值見下表1，對應的1.0P荷載下跨中左、右兩側應變布置圖見圖5、圖6。

1#試驗梁跨中截面上緣、下緣測點應變值見表2，對應的左、右兩側上、下緣應變隨荷載變化曲線見圖7、圖8。

圖7 1#試驗梁跨中截面（左側上、下）應變—荷載曲線

表1 1#試驗梁跨中截面兩側自上而下各測點應變值

表2 1#試驗梁跨中截面上緣、下緣測點應變值 單位：με

續表2 單位：με

圖5 1#試驗梁1.0P荷載下跨中左側應變布置圖

圖6 1#試驗梁1.0P荷載下跨中右側應變布置圖

圖8 1#試驗梁跨中截面（右側上、下）應變—荷載曲線

5 試驗分析

從圖2、圖3可見，空心板梁在施加1.0P荷載作用下的實測彈性撓度值為6.34mm，其對撓度f/L0=1/2729，遠小于規范規定允許值〔f/L〕=1/600，說明該板梁在1.0P荷載作用下的實際剛度是滿足要求的，隨荷載增加，該試驗梁剛度在1.8P作用下對應跨中撓度值為12.62mm，其剛度仍有一定安全儲備。

從圖4可見，板梁跨中截面兩側的拉、壓應變值均由上而下呈增大趨勢，且隨荷載的增加，其絕對值較為均勻增加，1.8P荷載下最大應變均值為181.7με。

從表1中數據和圖5、圖6可見，板梁跨中截面兩側在0.4P、0.7P、1.0P級荷載下的正應變沿板高度的分布圖來看，在各級荷載作用下，跨中截面的正應變值均近似呈直線分布。

從表2中數據和圖7、圖8可見，各級荷載作用下的應力—荷載曲線均近似呈線性變化。

空心板梁在加至1.3P荷載時，1#試驗梁兩端上部預應力張拉孔口側面錨固區出現沿孔道方向的細微裂縫，在以后各級荷載下裂縫長度沿孔道走向延伸，加至1.8P荷載時，裂縫最終長度為20～30cm，縫寬0.05～0.10mm。

6 結語

通過對1#試驗梁進行靜載荷試驗與分析可知，1#試驗梁抗彎試驗的最大加荷值為設計與校核荷載（最大值）的1.8倍，抗彎試驗過程中，梁底部未出現裂縫，在施加1.3P荷載時，梁端部出現裂縫，隨荷載增加，裂縫寬度和長度沿孔道走向延伸，說明空心板梁在1.0P荷載下，板梁抗彎及抗裂性能滿足設計與規范要求。施加1.3P荷載時，梁端部出現裂縫，表明錨固區的抗裂設計對于后張預應力混凝土空心板梁的受力性能具有重要影響，在材料的設計強度有一定的安全儲備的情況下，必須同時考慮錨固區的抗裂問題■