鋼筋混凝土預(yù)制梁靜載試驗(yàn)分析與研究

李 科

(廣東省冶金建筑設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510080)

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橋梁工程

鋼筋混凝土預(yù)制梁靜載試驗(yàn)分析與研究

李 科

(廣東省冶金建筑設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510080)

主要是以坑塘徑小橋?yàn)楸尘埃瑢?duì)橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，提出鋼筋混凝土預(yù)制梁靜載試驗(yàn)?zāi)Ｐ停?duì)靜載試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行理論分析，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)證明了梁的施工質(zhì)量是合格的，同時(shí)驗(yàn)證此鋼筋混凝土梁設(shè)計(jì)理論與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際基本吻合。

設(shè)計(jì)分析；靜載試驗(yàn)?zāi)Ｐ停焕碚摲治觯滑F(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)

1 設(shè)計(jì)概況

惠深高速公路改擴(kuò)建工程K31+947.648處為坑塘徑小橋，孔徑為1×8 m，舊橋評(píng)定了一類(lèi)橋，建議保留利用，我們?cè)O(shè)計(jì)采用新建橋梁與舊橋拼寬，上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土空心板，左右幅均為加寬5 m，下部墩臺(tái)采用樁柱式，橋面鋪裝為11瀝青混凝土+10鋼筋混凝土鋪裝，設(shè)計(jì)荷載為公路一級(jí)。空心板截面幾何尺寸如圖1所示，空心板中截面主主筋為20根I18，布置圖如圖2所示，截面特性如表1所示。

圖1 梁橫斷面圖

圖2 中截面主筋配筋圖

A0I0Y0下截面面積/m2抗彎慣矩/m4)中性軸至梁底距離/m0.30870.00550.1991

2 靜載試驗(yàn)理論分析

2.1 靜載試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

對(duì)單體梁來(lái)說(shuō)，受試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)條件限制，往往以施加荷重的方法(例如：用鋼筋、鋼絞線(xiàn)、水泥等)來(lái)模擬某一等級(jí)的車(chē)輛荷載，試驗(yàn)荷載加載方法一般也可根據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)條件來(lái)確定。就地取材采用鋼筋作為加載荷載，用均布荷載來(lái)模擬梁板受力的狀態(tài)，圖3為均布荷載加載到梁的跨中的模型圖。

圖3 靜載試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛨D

2.2 靜載試驗(yàn)控制彎距計(jì)算

采用MIDAS對(duì)橋橋梁加寬部分進(jìn)行獨(dú)立分析，計(jì)算模型如下。

根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60 2004)，計(jì)算出空心板下在汽車(chē)活載下最大彎距，對(duì)于汽車(chē)效應(yīng)，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范記入沖擊系數(shù)，經(jīng)計(jì)算在公路一級(jí)荷載作用下，中板中截面的最大彎距是112.3 kN·m，該橋橋面鋪裝為11瀝青混凝土+10鋼筋混凝土鋪裝，經(jīng)計(jì)算二期恒載作用下，中板中截面最大彎距36.3 kN·m。

預(yù)制梁自重引起的梁的應(yīng)力、應(yīng)變，在靜載試驗(yàn)時(shí)已經(jīng)產(chǎn)生，故試驗(yàn)荷載應(yīng)不計(jì)入梁的自重，預(yù)制梁的試驗(yàn)荷載按其下緣應(yīng)力與正常使用狀態(tài)下單梁下緣應(yīng)力相等的原則，計(jì)算成橋狀態(tài)截面特性考慮5 cm整體化層參與結(jié)構(gòu)受力，靜載試驗(yàn)時(shí)要考慮剛度替換，將汽車(chē)活載與二期恒載重疊在一起，剛度替換后，最大的控制彎距為113.9 kN·m。

2.3 靜載試驗(yàn)應(yīng)變與撓度理論計(jì)算

簡(jiǎn)支梁跨中加載均布荷載，最大彎矩在跨中

梁的自重產(chǎn)生的跨中彎矩

對(duì)鋼筋混凝梁在控制彎矩及自重產(chǎn)生彎矩組合作用下，梁里彎曲豎向裂縫已形成并開(kāi)展，中和軸以下大部分混凝土已經(jīng)退出工作，由鋼筋承受拉力，但應(yīng)力還小于其屈服強(qiáng)度，梁進(jìn)入開(kāi)裂后彈性階段，需將鋼筋和受壓區(qū)混凝土兩種材料組成實(shí)際截面換算成鋼筋混凝土開(kāi)裂截面的換算截面，并計(jì)算出開(kāi)裂截面抗彎慣矩Icr

式中：x為受壓區(qū)的高度；h0為截面有效高度；b為截面有效寬度；αEs為鋼筋混凝土構(gòu)件截面換算系數(shù)；αEs=Es/Ec

As為鋼筋截面積。

那么控制彎矩在跨中截面上緣和下緣產(chǎn)生的應(yīng)變

同樣由于受到裂縫的原因，鋼筋混凝土梁剛度會(huì)變小，對(duì)鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，《公路鋼筋混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算變形時(shí)的抗彎剛度為

式中：B為開(kāi)裂構(gòu)件等效截面的抗彎剛度；B0為全截面的抗彎剛度，B0=0.95EcI0；Bcr為開(kāi)裂截面的抗彎剛度，Bcr=EcIcr；Mcr為開(kāi)裂彎矩；Ms為按短期效應(yīng)組合計(jì)算的彎矩值；γ為構(gòu)件受拉區(qū)混凝土塑性影響系數(shù)；γ=2S0/W0；I0為全截面換算截面慣性矩；Icr為開(kāi)裂截面換算截面慣性矩；ftk為混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

這樣就可以計(jì)算控制彎矩在鋼筋混凝土預(yù)制梁跨中撓度

4 現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)加載成捆的鋼筋施加均布荷載，加載方式采用三級(jí)加載，加載示意圖詳見(jiàn)圖4。

圖4 加載示意圖

鋼筋加載重量詳見(jiàn)表2。

表2 鋼筋重量一覽表

根據(jù)實(shí)際加載跨中截面的彎矩為113.85 kN·m，理論計(jì)算跨中截面的彎矩為113.9 kN·m。故靜載效率糸數(shù)為113.85/113.9=1.000，符合《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》(JTG/TJ21-2011)8.1.2規(guī)定的 0.95≦η≦1.05要求。

在試驗(yàn)空心板的跨中及支座處設(shè)有百分表測(cè)量其撓度及支座沉降，在每級(jí)荷載作用下的跨中截面測(cè)試數(shù)據(jù)及理論計(jì)算數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 撓度測(cè)試結(jié)果

注：表中正表示板底下?lián)?/p>

由表3可知，在滿(mǎn)載情況下，撓度校驗(yàn)系數(shù)為(5.298-0.290)/5.576=0.898，相對(duì)殘余值為0.29/5.298=5%，符合《公路橋承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》(JTG/TJ21-2011)8.3.1條規(guī)定。

在試驗(yàn)板跨中截面的上緣和下緣粘貼電阻應(yīng)變片，用BZ2205-40型應(yīng)變儀測(cè)量加載過(guò)程中的應(yīng)變情況。在每級(jí)荷載作用下跨中截面測(cè)試數(shù)據(jù)及理論計(jì)算數(shù)據(jù), 見(jiàn)表4。

表4 應(yīng)變測(cè)試結(jié)果(單位με )

由表4可知，空心板上緣應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)為(-168-(-15))/(-198)=0.773，相對(duì)殘余值為(-15)/(-168)=9%，下緣應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)為(278-27)/326=0.770，相對(duì)殘余值為27/278=10%，符合《公路橋承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》(JTG/TJ21-2011)8.3.1條規(guī)定。

靜載試驗(yàn)前、試驗(yàn)過(guò)程中及試驗(yàn)后，均對(duì)該空心板結(jié)構(gòu)跨中附近過(guò)行了裂縫監(jiān)測(cè)，靜載試驗(yàn)前，該空心板末見(jiàn)可見(jiàn)裂縫，加載至第三級(jí)時(shí)，對(duì)空心板進(jìn)行仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)跨中截面附近出現(xiàn)有多條豎向裂縫，最大裂縫寬度為0.12 mm，在距離跨中截面0.2 m位置，卸載后，裂縫閉合狀況良好，閉合后最大裂縫寬度為了0.04 mm，裂縫情況符合《公路橋承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》(JTG/TJ21-2011)8.3.1條規(guī)定。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)靜載試驗(yàn)?zāi)Ｐ屠碚摲治鲆约艾F(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)，證明了梁的施工質(zhì)量是合格的，同時(shí)驗(yàn)證此鋼筋混凝土梁設(shè)計(jì)理論與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際基本吻合，為以后的梁靜載試驗(yàn)以及鋼筋混凝土梁的設(shè)計(jì)提供了一定的借鑒作用。

[1] 周葉明，曾明杰. 預(yù)制小箱梁?jiǎn)瘟红o載試驗(yàn)及與承載能力評(píng)定分析[J]. 中外公路，2015，(5).

[2] 楊永華，陳以一,連續(xù)開(kāi)孔梁的抗彎剛度和撓度的等效計(jì)算[J]. 結(jié)構(gòu)工程師，2006，(6).

[3] 馬云鋒，陳軍生. 橋梁?jiǎn)瘟红o載試驗(yàn)[J].中外公路，2006，(3).

A dissertation on analysis and research on reinforced concrete beam static loading test

LI Ke

(Guangdong Metallurgical and Architectural Design Institute,Guangzhou,Guangdong 510080，China)

This article is based on the small Kengtangjing bridge as the background, design and analysis of proposed model of precast reinforced concrete bridge,beam static loading test, and the static load test model by theoretical analysis, and through the field static load test proves that the construction quality of the beam is qualified, and to verify the design theory and the beam field of reinforced concrete actual match.

design analysis;static load test model;theoretical analysis;field static load test

2016-11-13

李科(1985-)，男，湖南人，工程師，主要從事橋梁與隧道設(shè)計(jì)工作。

U442

C

1008-3383(2017)05-0092-02