公路預制梁靜載試驗數據統計及分析

李現科 張會川 薛紅正

摘 要：本文主要介紹了目前公路預制梁荷載試驗方法。以32片預制梁為對象，統計各片梁在不同加載效率下的校驗系數。對所有實測數據采用3σ檢驗法對異常值進行判別。通過分析總體樣本繪制的校驗系數在不同區間所占比例的分布情況，發現校驗系數平均值隨加載效率基本呈線性變化，從而總結出荷載試驗檢驗系數的回歸公式。

關鍵詞：預制梁;靜載試驗;數據統計

中圖分類號：U446 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）01-0086-03

Statistics and Analysis of Static Load Test Data of Precast Beams

LI Xianke ZHANG Huichuan XUE Hongzheng

（Henan Lite Transportation Engineering Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450052）

Abstract： This paper mainly introduced the current load test methods of prefabricated highway beams. Taking 32 prefabricated beams as objects， the check coefficients of each beam under different loading efficiencies were calculated. 3σ test was used to discriminate abnormal values for all measured data. By analyzing the distribution of the calibration coefficients drawn by the whole sample in different sections， it was found that the average value of the calibration coefficients varies linearly with the loading efficiency， and the regression formula of the test coefficients in load tests was concluded.

Keywords： precast beam;static load test;data statistics

1 研究背景

裝配式預應力混凝土橋梁因構造簡單、易于施工、可工廠化生產、成本低的特點而被廣泛采用。在交通部頒布的通用圖中，有空心板、T梁和預制箱梁，結構形式有簡支梁、先簡支后連續結構。預制梁靜載試驗作為一種質量檢驗手段，可以起到以下作用：①施工質量檢驗;②承載能力評估。

在公路交通行業，目前還沒有針對公路橋梁預制梁靜載試驗的相關標準，實際工程中一般參照現行的《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/T J21—2011）、《公路橋梁荷載試驗規程》（JTG/T J21-01—2015）、《預應力混凝土鐵路橋簡支梁靜載彎曲試驗方法及評定標準》（TB/T 2092—2003）等技術規范[1]。本文結合預制梁的實際應用，以預應力混凝土預制梁靜載試驗數據為樣本，采用數據統計的方法分析靜載試驗效率與校驗系數的關系。

2 預制梁靜載試驗

2.1 預制梁靜載試驗測試內容

測試內容包括（見圖1）：①控制截面（L/4截面、L/2截面、3L/4截面、支點）的位移和應變;②橋梁中性軸測試;③裂縫測試。

<F：＼歡歡文件夾＼201904＼河南科技201901＼河南科技（創新驅動）2019年第01期_103595＼Image＼G}W{Y555JGNQLK2M81JTBQV.png>[L/4][L/4][L/4][L/4][中性軸][位移計][應變計]

圖1 試驗測試內容

2.2 預制梁加載方式

單片預制梁受試驗現場條件限制，一般采用跨中單點加載方式，以液壓千斤頂裝置施力的方法來進行加載[2]。如果現場條件不允許，也可以采取重物堆載等方法來進行加載，如堆置水泥、水箱、預制塊件等。試驗加載方式如圖2所示。

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（創新驅動）2019年第01期_103595＼Image＼%{44～U@7RT`K5IGWH0WZXLX.png>[龍門吊架][反力梁][試驗梁][試驗跨徑][制梁臺座][加載千斤頂][龍門吊架][反力梁][加載千斤頂][試驗梁][制梁臺座][試驗支座]

（a） 單點加載方式

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（創新驅動）2019年第01期_103595＼Image＼K8JWJA）～FCE1$3D253GX9Q0.png>[試驗跨徑][試驗梁][制梁臺座][重物堆載]

（b） 重物堆載方式

圖2 試驗加載方式

集中力采用千斤頂加載，千斤頂安放在試驗梁跨中斷面處的縱軸線上，箱梁頂面用細沙找平，上鋪鋼板，千斤頂放置在鋼板上。

根據試驗觀測的需要及加載條件，試驗荷載分級加載，一般分4～6級加載，然后再分級卸載。

2.3 預制梁靜載試驗等效計算方法

預制梁靜載試驗采用等效計算原則，計算內容包括控制荷載效應計算和試驗荷載計算。

2.3.1 控制荷載效應計算。受彎構件一般以控制截面的內力或應變進行等效。由于預制梁靜載試驗時，還有部分預應力損失未完成，因此，采用開裂彎矩作為控制彎矩。第一種是內力等效（一般取跨中彎矩），不考慮施工過程，以成橋狀態為建模背景，鉸縫、現澆層、護欄、鋪裝等二期恒載和車道荷載作用于預制梁結構（以下稱小梁）上;第二種是應力等效（一般取跨中梁底應力），考慮施工過程，分別以預制狀態和成橋狀態為背景[3]。

根據靜載試驗的目的，控制值計算可按承載能力極限狀態和正常使用極限狀態計算控制荷載效應，一般按自重、汽車荷載和二期恒載進行組合?？赏ㄟ^空間整橋計算和平面計算方式建立計算模型，平面計算時，按荷載橫向分布系數計算。對于先簡支后連續結構，考慮施工過程，進行分階段計算。

2.3.2 控制荷載效應計算。根據現場試驗的布置方式，計算靜載試驗時的加載控制值。進行現場試驗時，預制梁一般是簡支梁結構狀態，采用跨中單點或兩點加載方式[4]。

3 預制梁荷載試驗數據分析

為了分析加載效率與校驗系數的關系，筆者以32片預制梁為研究對象，統計不同加載效率下的校驗系數，共計測點1 086個。預制梁類型、數量及測點數詳見表1。

表1 常見橋梁結構試驗校驗系數常值表

[截面形式 跨徑/m 梁數 位移測點數 應變測點數 空心板 13 3 54 54 16 4 72 72 20 5 81 81 箱梁 20 2 36 36 25 7 126 126 30 7 120 120 40 4 54 54 合計 32 543 543 ]

3.1 裝配式預制梁荷載試驗實測值范圍統計

在工程實踐中，筆者采用數據統計的方法對32片預應力混凝土預制梁靜載試驗的數據進行分析。位移實測特征值詳見表2，應變的實測特征值詳見表3。

表2 預制梁位移實測值范圍統計

[截面類型 實測最大值 實測最小值 實測平均值 實測標準差 13m空心板 3.706 3.625 3.677 0.045 16m空心板 5.315 4.799 5.115 0.234 20m空心板 8.320 7.514 8.097 0.344 20m箱梁 4.064 4.032 4.048 0.023 25m箱梁 10.101 5.414 7.626 1.505 30m箱梁 13.842 6.681 10.201 2.389 40m箱梁 15.032 11.427 14.067 1.763 ]

表3 預制梁應變實測值范圍統計

[截面類型 實測最大值 實測最小值 實測平均值 實測標準差 13m空心板 114.1 98.3 103.7 9.0 16m空心板 123.8 99.4 115.0 11.2 20m空心板 118.4 99.9 110.0 7.8 20m箱梁 103.8 101.6 102.7 1.6 25m箱梁 182.1 95.6 134.0 30.7 30m箱梁 173.1 106.1 142.0 24.2 40m箱梁 165.6 79.4 137.7 39.5 ]

3.2 裝配式預制梁荷載試驗校驗系數分布

在對實測數據進行統計分析前，首先采用3σ檢驗法對所有實測數據進行異常值判別，最后共得到有效數據1 080條，其中應變校驗系數537個、位移校驗系數543個。根據總體樣本繪制的校驗系數在不同區間所占比例的分布情況如圖3所示。

3.3 不同加載效率下校驗系數分析

計算所有測點的校驗系數，在同一加載效率下，統計測點的數量，同時計算平均校驗系數，結果見表4。

<F：＼歡歡文件夾＼201904＼河南科技201901＼河南科技（創新驅動）2019年第01期_103595＼Image＼MOE2MAB5`SUZQ6OZ`6EE%[7.png>[0.50

0.45

0.40

0.35

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

0.00][分布概率][0.0? ? ? ?0.1? ? ?0.2? ? 0.3? ? ? 0.4? ? ?;0.5? ? ?0.6? ? ? 0.7? ? ?0.8? ? 0.9? ? ?1.0][校驗系數][位移][應變]

圖3 預制梁校驗系數分布

表4 加載效率與校驗系數的統計數據表

[加載效率/% 測點數量 位移校驗系數 應變校驗系數 0.35 15 0.66 0.61 0.40 81 0.63 0.54 0.50 15 0.67 0.60 0.60 81 0.67 0.59 0.65 6 0.75 0.60 0.70 9 0.64 0.60 0.80 81 0.69 0.61 0.85 6 0.67 0.66 0.90 33 0.66 0.59 0.95 6 0.70 0.69 1.00 96 0.70 0.64 1.05 48 0.70 0.60 1.10 33 0.68 0.65 1.20 33 0.70 0.65 ]

從表4可以看出，校驗系數平均值隨加載效率基本呈線性變化（見圖4）。位移、應變檢驗系數的回歸公式為：

[ζW=0.049ηq+0.642 2]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

[ζy=0.085 6ηqy+0.548 5]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

<F：＼歡歡文件夾＼201904＼河南科技201901＼河南科技（創新驅動）2019年第01期_103595＼Image＼}D25$CV@A$]T8O$ZMU{483T.png>[y=0.049x+0.642 2][y=0.085 6x+0.548 5][預制梁校驗系數隨加載效率的變化關系][1.00

0.80

0.60

0.40

0.20

0.00][校驗系數][0.2? ? ? ? ?0.4? ? ? ? ? 0.6? ? ? ? ?0.8? ? ? ? ? ?1? ? ? ? ? 1.2? ? ? ? ? 1.4][加載效率][位移][應變]

圖4 預制梁校驗系數與加載效率變化圖

4 結論

本文結合預制梁在實踐中的應用，以預應力混凝土預制梁靜載試驗數據為樣本，采用數據統計的方法分析靜載試驗效率與校驗系數的關系。通過對32片預制梁的荷載試驗結果進行統計分析，發現校驗系數平均值隨加載效率基本呈線性變化，并總結出荷載試驗檢驗系數的回歸公式。

參考文獻：

[1]王光煜，于春江，葉見曙，等.預應力混凝土梁板靜載試驗的等效彎矩法[C]//中國公路學會橋梁和結構工程學會全國橋梁學術會議.2002.

[2]胡志強，高慶飛.預應力混凝土預制梁的靜載試驗及分析[J].低溫建筑技術，2011（6）：63-65.

[3]崔海麗.預制小箱梁單梁靜載試驗研究[J].城市道橋與防洪，2016（8）：137-139.

[4]周葉飛，曾明杰.預制小箱梁單梁靜載試驗及承載能力評定分析[J].中外公路，2015（2）：142-146.