25米箱梁靜載試驗及分析

任慶國，苗蘭弟（陜西鐵路工程職業技術學院，陜西渭南714099）

25米箱梁靜載試驗及分析

任慶國，苗蘭弟
（陜西鐵路工程職業技術學院，陜西渭南714099）

摘要：針對某高速公路25米箱梁進行了靜載試驗。主要是通過對試驗截面進行逐級加載，觀測橋梁結構的應變和撓度。將觀測結果和理論值進行對比分析，結合公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范，驗證結構的安全穩定性能。

關鍵詞：高速公路；箱梁；靜載試驗；應變；撓度

D01：10.19329/j.cnki.1673-2928.2016.04.019

1工程概述

某高速公路工程設計荷載為公路Ⅰ級，雙向六車道，橋面寬度2×16.75m。本次靜載試驗選取S3合同預制單片25m預應力小箱梁，為中跨中梁（左3-3中梁）。試驗梁示意圖見圖1。

圖1　試驗梁示意圖

2檢測項目及依據

2.1檢測項目

①確定箱梁結構控制截面的應變分布情況，包括中性軸高度、截面應變分布、應變與荷載效率的關系、實測值與理論計算值的對比［1-2］；

②通過分析在試驗荷載下單梁跨中撓度情況，評估結構的整體剛度［1-2］。

2.2檢測依據

試驗依據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）、《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/T J21-2011）、《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》（最終建議）、《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F80/1-2004）及相關的設計、計算文件進行檢測。

3靜載試驗檢測內容及方法

本試驗主要是通過對試驗截面進行逐級加載，觀測橋梁結構的應變和撓度，進而判斷結構的安全穩定性能。

3.1試驗截面的選取

根據預應力小箱梁結構的受力特點及現場的施工條件，選取跨中截面A截面、L/4截面（B截面）進行應變和撓度試驗。

3.2承載能力檢算及試驗加載方案

3.2.1承載能力檢算

在靜載試驗開始之前，首先采用MIDAS CIVIL2010計算軟件對箱梁結構進行靜力計算分析，計算模型見圖2。

圖2　箱梁三維實體模型

3.2.2試驗加載方案

加載概況。根據施工現場實際情況，本次靜載試驗采用預制空心板進行加載試驗，每片空心板重約120kN，長度L=10m，共計9片，總重約為1080kN。

試驗荷載布置。本次荷載試驗共進行5次加載，所加荷載均對稱于箱梁跨中A截面，試驗荷載布置見圖3。

3.2.3試驗荷載

本次試驗加載，按照委托單位要求單梁加載至2倍的設計荷載。經計算分析，左3-3#箱梁，二期恒載產生內力為1515 kN·m，設計活載產生內力為1228 kN·m。

圖3　荷載布置圖

表1　加載內力表

表2　分級加載表

3.3靜載試驗測點布置

跨中截面（A截面）及L/4截面（B截面）均布置3個撓度測點，支點截面布置2個撓度修正測點，共設8個測點，如圖4。

本試驗選擇兩個應力（應變）測試截面，即跨中截面和L/4截面。跨中截面（A截面）的梁和腹板均布設5個應變測點；L/4（B截面）僅在梁底布設3個應變測點，如圖5所示。

4靜載試驗結果及分析

本試驗選取了跨中截面及1/4截面兩個截面做應變及撓度試驗，本文只針對跨中截面試驗結果進行分析。

4.1梁底應變檢測結果與分析

4.1.1應變檢測結果列表

跨中截面（A截面）的梁底5個測點實測應變結果如表3所示。

圖4　撓度測點布置圖

圖5　應變測點布置圖

表3　跨中截面（A截面）梁底各測點實測應變值（單位：me）

4.1.2應變檢測校驗系數評定

校驗系數η為某一測點的應變實測值與理論值的比值：η=S實測/S理論，它是評定橋梁結構工作狀態，確定橋梁承載能力的一個重要指標，在實際運用中，同一荷載作用下的實測值與理論值應盡可能接近。一般情況當η＜1時，表明橋梁結構的工作性能較好，滿足使用要求；當η＞1時，表明橋梁結構工作性能較差，應降級使用，限速限載并進行加固或改建【3】。

表4　跨中截面（A截面）梁底各測點應變校驗系數評定

由表4可知，該截面的5個測點的應變均滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規程》規定的混凝土橋梁應變（或應力）校驗系數一般≤1的要求。說明該截面強度滿足橋梁規范要求。

4.1.3應變實測值與理論計算值線性關系分析

從表4可以看出，梁底5個測點應變檢測中，A-1測點的應變值最大，圖6給出了測點應變實測值與理論計算值的關系曲線。

圖6A-1測點應變實測值與計算值線性關系

由圖6可知，測點A-1的實測值與理論值成線性關系，線性相關系數平方值為0.9919。

4.1.4殘余應變評定

橋梁結構的工作狀態還可用實測殘余應變（Sp）與實測最大應變（Stot）的比值來衡量，比值越小，橋梁結構就越接近彈性工作狀態，通常要求兩者的比值≤0.20。

表5　跨中截面（A截面）梁底應變測點殘余應變

由表5可以看出，梁底5個應變測點的相對殘余值均小于0.2，殘余應變滿足規范要求。

4.2變形檢測結果與分析

4.2.1變形檢測結果列表

跨中截面（A截面）各測點變形實測結果見表6。

表6　跨中截面（A截面）各測點實測變形值（單位：mm）

4.2.2變形檢測校驗系數評定

變形檢測校驗系數和應變檢測校驗系數表達方式相同，仍用η=S實測/S理論表示，相關要求及評定方法也相同。一般要求預應力混凝土橋梁變形檢測校驗系數常值范圍：變形η=S實測/S理論≤1.0。

由表7可以看出，3個變形測點的校驗系數均小于1.0，符合規范常值范圍，因此可以判定，A截面剛度較好，滿足規范要求。

表7　跨中截面（A截面）各測點變形校驗系數評定

4.2.3變形實測值與計算值線性關系分析

跨中截面（A截面）變形檢測中A1測點變形值最大，圖7給出了測點變形實測值與計算值關系曲線。

由圖7中可以看到，測點A1變形實測值與計算值線性關系良好，線性相關系數平方值為0.9983。

圖7A1測點變形實測值與計算值線性關系

4.2.4殘余應變評定

實測殘余變形（Sp）與實測最大變形（Stot）的比值越小結構越接近彈性工作狀態，一般要求≤0.20。

由表8可以看出，3個變形測點的相對殘余值均小于0.20，滿足規范要求。

表8　跨中截面（A截面）撓度測點殘余變形

4.3腹板應變檢測結果與分析

4.3.1應變檢測結果列表

該箱梁跨中截面（A截面）腹板布設5個應變測點，用以測定截面中性軸高度，各測點應變實測結果見表9。

表9　跨中截面（A截面）腹板各測點實測應變值 （單位：me）

4.3.2截面中性軸高度評定

圖8給出了最大級試驗荷載下實測應變沿截面高度的分布情況，從圖中可以看出，實測應變沿截面高度呈線性分布，截面變形基本符合平截面假定［4］。

5靜載試驗結果評定

5.1檢測結論

①在試驗荷載作用下，該梁應變檢測截面應變實測值均小于理論計算值，且變化趨勢與計算值一致，實測最大應變值為A-1測點，實測應變為302.1me，理論計算值為361.3me，應變校驗系數為0.84。各測點在最大級加載工況下，校驗系數均未超過《公路橋梁承載能力檢測評定規程》規定的預應力混凝土橋梁應變（或應力）校驗系數值不大于1的要求。應變檢測結果表明測試梁體抗彎強度滿足規范要求。

圖8　實測應變沿截面高度分布圖

②在試驗荷載作用下，該梁撓度檢測截面撓度實測值均小于理論計算值，且變化趨勢與計算值一致，實測最大撓度值為A 1測點，實測撓度為15.59mm，理論計算值為22.93mm，撓度校驗系數為0.68，校驗系數均符合《公路橋梁承載能力檢測評定規程》規定的預應力混凝土橋梁撓度校驗系數不大于1的要求。撓度檢測結果表明測試梁體剛度滿足規范要求。

③應變及撓度相對殘余最大值為0.09，滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規程》中第8.3.1條規定S’P≤20%的要求。

④在試驗過程中，對試驗梁體進行裂縫觀測，在各級加載工況下，各測點應變無畸變及退化現象，說明測點位置截面未開裂，梁體表面未發現有裂縫出現。

5.2結果評定

根據25m小箱梁（左3-3中梁）單梁靜載實驗測試結果及理論計算結果，可以得出如下結論：在試驗加載至1.84倍設計活載的工況下，預制25m預應力小箱梁（左3-3中梁）滿足規范要求。

參考文獻：

［1］彭灝.鋪裝層縱向裂縫對靜載試驗結果的影響分析［J］.城市建設理論研究（電子版），2012（28）：1919-1920.

［2］李仲玉.基于靜載試驗對橋梁結構性能分析實例［J］.交通世界（建養機械），2012（7）：230-231.

［3］李陽.立交橋靜載試驗方案及分析［J］.城市建設理論研究（電子版），2012（8）：2095-2104.

［4］申桂柳，袁莉莉.鋼-混凝土曲線簡支組合梁橋成橋靜載試驗研究［J］.城市建設理論研究（電子版），2015（6）：2095-2104.

（責任編輯：郝安林）

中圖分類號：U441+.2

文獻標志碼：A

文章編號：1673-2928（2016）04-0063-05

收稿日期：2015-10-22

作者簡介：任國慶（1980-），男，碩士，陜西鐵路工程職業技術學院講師，研究方向：光電子器件。

Static Load Test and Analysis of 25m Boxed

Ren Qingguo1，Miao Landi2
（Shanxi Railway Institute，Weinan 714099，China）

Abstract：A static load test of 30m boxed was made in a certain expressway engineering.In the test，the working performance，deflection and stress，of the precast girderwere both tested at different load effect levels.Then，comparing and studying the observation results and theoretical values，combined with the design specification of highway reinforced concrete and prestressed concrete bridges and culverts，judging the safety and stability of the structure.

key words：expressway；boxed girder；static test；strain；deflection