預應力空心板橋靜載試驗分析

陶永靖 賈艷敏* 郭東升

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

近年來交通運輸業的高速發展給橋梁建設帶來了良好的發展機遇，但在加快橋梁建設的同時，必須通過先進的科技水平提高工程建設質量。對于某些重要的橋梁結構，在竣工后需要通過橋梁檢測考察該橋的施工質量與結構性能，以此來判斷橋梁結構的實際承載能力，為后期驗收、運營階段提供科學的依據，并可以充實和發展類似橋梁結構的設計理論資料。靜載試驗需要確定試驗荷載作用于使用與試驗橋梁的預定加載位置，獲取位移及應力參數，分析橋梁在靜載作用下的工作狀態。

本文結合黑龍江省境內的一座預應力混凝土簡支空心板橋，選取2-6 梁為試驗梁，介紹了其靜載試驗的具體過程，利用有限元軟件Midas/civil 確定靜載試驗方案，同時通過試驗得到跨中截面撓度與應力應變數據，將軟件分析的數據與實測數據對比可以對試驗梁的工作狀況進行評定，為該橋后期的安全運營提供理論依據。

1 工程概況

本橋中心樁號為K58 +188，上部構造采用6 m×20 m 預應力混凝土簡支空心板。空心板梁為C50 混凝土，斜交角為120°，主梁寬度為1.24 m，橋梁凈寬采用(9 +2×0.5)m。下部構造為柱式墩臺，墩臺基礎均采用鉆孔灌注樁。設計荷載等級為公路—Ⅰ級;預應力鋼筋采用抗拉強度標準值fpk=1 860 MPa，公稱直徑d=15.2 mm 的低松弛高強度鋼絞線。

梁橫斷面幾何尺寸如圖1 所示。

2 試驗內容

2.1 測點布置

在試驗梁支點斷面分別布設兩塊百分表，跨中和L/4 斷面梁底沿主梁縱軸對稱布設兩塊百分表，共設8 塊表;在跨中兩側各布設5 個千分表應變測點、5 個電阻應變片應變測點，共計20 個。測點布置情況如圖2，圖3 所示，現場測點布置情況如圖4，圖5 所示。

圖1 中梁橫斷面圖（單位：cm）

圖2 跨中斷面測點布置圖

圖3 撓度測點布置圖

圖4 跨中現場測點位置

2.2 試驗工況

采用橋梁博士軟件求出第二跨第6 片梁最大橫向荷載分布系數為0.26，計算汽車效應時沖擊系數為0.2。根據當地實際情況，本次靜載試驗采用沿試驗梁長度方向施加集中力荷載方案，現場加載情況見圖6，具體加載位置如圖7 所示。

3 試驗結果分析

圖5 現場撓度測點

圖6 現場加載

圖7 加載裝置示意圖

3.1 靜載試驗荷載效率

利用Midas 軟件建立單梁的模型如圖8 所示。靜載試驗加載的充分程度可采用靜載試驗效率來評價，靜載試驗效率的公式為:

圖8 2-6 梁的Midas 模型

按規范計算得沖擊系數μ=0.20，得到試驗效率為0.96。因此本次試驗的靜載試驗效率ηq滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規程》的建議值0.95～1.05 之間，試驗荷載所產生的力學效應能夠滿足橋梁使用狀態檢驗的要求。

3.2 跨中截面撓度測試分析

在試驗荷載作用下，通過讀取百分表讀數，同時結合軟件分析其理論撓度值，得到試驗梁跨中截面撓度的檢測結果見表1。

表1 跨中截面撓度檢測結果

表1 數據表明，在試驗荷載作用下，試驗梁跨中截面撓度校驗系數均小于1，說明試驗梁2-6 的實際豎向剛度好于理論狀況;同時試驗梁跨中兩側點相對殘余變形均小于20%，表明梁滿足公路橋梁承載能力評定規范要求的工作狀態。

3.3 跨中截面應力應變分析

主梁混凝土應變的實測數據表明，混凝土應變沿梁高的分布規律基本符合平截面假定，為了獲得混凝土應變的最佳試驗公式，采用最小二乘法對主梁混凝土應變實測值進行誤差處理。根據實測應變值，試驗梁2-6 的應變沿梁高的分布曲線見圖9。

圖9 2-6 梁A，B 面混凝土應變試驗曲線

根據最佳試驗曲線，由胡克定律可以求得相應測點的混凝土實測應力，將其與試驗荷載理論計算值比較得到應力校驗系數，見表2。

表2 跨中截面應力檢測結果 MPa

表2 數據表明，在試驗荷載的作用下，試驗梁混凝土下緣和下緣結構校驗系數均小于1，說明結構強度滿足使用要求。

4 結語

1)試驗梁跨中截面撓度校驗系數均小于1，說明試驗梁的豎向剛度滿足公路—Ⅰ級要求。

2)在卸除試驗荷載后，控制截面殘余變形為14.72% 和19.13%，小于20%，殘余撓度在規定值允許范圍之內，說明主梁的彈性工作效率正常。

3)在試驗荷載作用下，混凝土的應變沿梁高呈線性變化，符合平截面假定。

4)在試驗荷載的作用下，試驗梁跨中截面混凝土上緣與下緣結構的應力校驗系數均小于1，均滿足設計要求。

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