基于靜載試驗的公路橋梁預制單梁板承載能力評定

肖宏笛 史曉貞

隨著近年我國公路交通建設的快速發展，各種公路橋梁的建設也日漸增多。而預制裝配式梁板以其受力明確、施工簡便、工藝成熟、質量容易把控、經濟美觀等優點在我國中小公路橋梁的建設中得到了廣泛應用。為了對預制梁板的施工質量進行控制，在架設梁板之前，需要對單梁板的承載能力進行評定，確認其施工質量是否滿足規范及設計要求。而現有規范對公路橋梁預制單梁板承載能力評定的方法并沒有給出明確規定，與公路橋梁單梁板承載能力評定相關的研究也不多。本文主要依靠工程實例，探討基于靜載試驗的公路橋梁預制單梁板承載能力評定。

一、單梁板承載能力評定理論分析

本文主要參考鐵路單梁承載能力評定過程中通過內力等效來確定試驗荷載的方法，并按照公路橋梁荷載試驗的規定，通過靜載試驗的方法來評定公路橋梁單梁板的承載能力。

本文取用成橋狀態下汽車荷載標準值(含沖擊力)和二期恒載作為設計荷載，以跨中截面作為試驗控制截面，通過結構分析程序計算設計荷載作用下的單片梁板在成橋狀態下的跨中彎矩，然后按照彎矩等效原則(即裸梁在試驗荷載作用下的彎矩與成橋狀態下的彎矩相等)，反算出裸梁的試驗荷載。

二、工程概況

某橋橋跨布置為4×13m，橋寬12.75m，上部結構采用10片預應力混凝土簡支空心板結構。設計荷載標準為公路-I 級。橋梁橫斷面圖見圖1，計算參數見表1 。

圖1 跨中橫斷面圖（單位：cm）

表1 計算參數

三、靜力荷載試驗

1.試驗內容

靜載試驗主要是對預制空心板的抗裂性、強度、剛度等進行測試，具體體現為在試驗荷載作用下裂縫觀測、應變和撓度的測試。

2.測點布置

以跨中截面作為應力應變控制截面，以1/4L、和1/2L0及3/4L0支點附近截面作為撓度控制截面（圖2）

圖2 跨中截面應變、撓度測點布置圖

3.試驗加載

根據試驗梁板的荷載橫向分布系數，通過有限元軟件Midas Civil 2017建立梁板單梁模型（圖3），計算設計荷載作用下的單片梁板在成橋狀態下的跨中彎矩（表2）。

圖3 計算模型

表2 彎矩計算結果

以跨中彎矩等效原則，建立試驗梁模型，確定試驗荷載（表3）。考慮現場實際情況，試驗加載方式采取在梁板跨中9m范圍內放置配重梁塊（圖4），以均布荷載的形式分七級加載、兩級卸載。

圖4 加載示意圖

表3 加（卸）載程序

四、測試結果及其分析

1.裂縫檢測

試驗前對試驗梁板進行外觀質量檢查，未發現裂縫，試驗過程中、試驗結束后也未發現裂縫。

2.應變測試結果及其分析

各測點在試驗荷載作用下，應變測試結果及其分析見表4、圖5、圖6。

表4 試驗荷載滿載作用下各測點應變測試分析結果（單位：με）

圖5 應變測點分析結果對比圖

圖6 實測應變沿截面高度分布圖

根據表4及圖5可知：在試驗滿荷載作用下，實測應變小于理論應變，應變校驗系數最大為0.81，滿足規范規定的不大于1的要求，說明該梁板混凝土實測強度滿足試驗荷載要求；卸載后，相對殘余應變最大為14.3%，滿足規范規定的不大于20%的要求，說明梁板處于彈性工作狀態。根據圖6可知，實測彈性應變沿截面高度的線性關系良好，符合平截面假定；實測中性軸高度為0.295m，與理論值0.301m基本吻合。

3.撓度測試結果及其分析

將撓度測試數據經支點沉降修正后，計算出梁板各個測試截面在試驗荷載作用下的撓度值，測試結果及其分析見表5、圖7、圖8。

表5 支座修正后實測撓度分析

圖7 撓度沿跨徑方向分布曲線圖

圖8 測點撓度-荷載關系曲線

根據表5及圖7可知，在試驗滿荷載作用下，實測撓度小于理論撓度，撓度校驗系數最大為0.74，滿足規范規定的不大于1的要求，說明梁板的剛度滿足設計要求；相對殘余撓度最大為11.5%，滿足規范規定的不大于20%的要求，說明梁板彈性工作正常。根據圖8可知，加（卸）載過程中荷載撓度曲線基本呈直線，說明該梁板在試驗荷載作用范圍內基本處于彈性工作狀態。

4.結論

通過對該單梁的抗裂性、強度、剛度三個方面分析評定，可知該單梁的承載能力滿足規范及設計的要求。

五、結語

隨著這種裝配式梁橋的廣泛應用，為了控制施工質量對單梁板承載能力進行評定，將成為這種裝配式橋梁建設和運營管理期間一個重要的組成部分。本文借助工程實例，通過靜載試驗的方法，從該單梁的強度、剛度、抗裂性三個方面對其承載能力進行評定，評定方法科學、可靠，評定過程清晰、明了，評定結果準確、合理，對類似單梁承載能力的評定具有一定的參考價值。