預應力混凝土空心板梁靜載試驗分析

許紅聲

摘要：文章介紹了橋梁靜載試驗的目的與一般程序，并結合預應力混凝土空心板梁工程實例，分析了靜載試驗方法及其應用情況。

關鍵詞：預應力;混凝土空心板梁;荷載試驗;靜載試驗

This article introduces the purpose and general procedure of bridge static load test，and analyzes the static load test method and its application situation in combination with the prestressed concrete hollow slab beam engineering example.

Prestress;Concrete hollow slab beam;Load test;Static load test

0 引言

當前，我國不少公路、城市橋梁多數采用預應力混凝土空心板梁結構，其設計簡單、工藝成熟、造價較低，應用越加廣泛。根據橋梁建設與運營情況來看，其建成后需做好相關試驗檢測工作，確保工程質量滿足設計與規范要求;同時橋梁使用過程中難免出現各種損傷，威脅行車安全，需落實試驗評定工作，因此需制定科學的橋梁加固方案，切實保證橋梁運營安全、可靠。

1 橋梁荷載試驗概述

基于我國交通事業的發展，各種公路、橋梁建設數量持續增加，同時很多早期建成的橋梁逐步進入維修養護階段。為充分利用現有橋梁，必須要對其使用性能、效果有一個全面的掌握，應通過荷載現場試驗檢驗橋梁質量，記錄橋梁應變測試結果，了解橋梁的真實結構響應，以此評定橋梁運營荷載等級和實際使用情況。

根據荷載性質的不同，可將橋梁荷載試驗分為兩種：（1）靜載試驗;（2）動載試驗。靜載試驗主要是將靜止的荷載作用在橋梁指定位置，主要檢測參數包括靜力位移、靜力應變、裂縫、沉降等，以此判斷橋梁的承載力、工作性能。其具體應用情況如圖1所示。本文主要圍繞其展開具體分析，以實現對橋梁結構的科學評價。

2 預應力混凝土空心板梁靜載試驗的目的與一般程序

靜載試驗是檢測橋梁結構工作狀態的重要方法之一，本文結合相關實踐經驗，對預應力混凝土空心板梁荷載試驗的目的、內容與一般程序進行簡要的歸納分析。

2.1 靜載試驗的目的

預應力混凝土空心板梁靜載試驗的目的主要可歸納為：

（1）檢驗橋梁結構設計、施工質量：橋梁建成后均需進行質量檢驗，靜載試驗報告是橋梁質量評價的重要依據之一，用以驗證結構的安全性、可靠性。

（2）完善橋梁結構設計方法：基于橋梁事業的發展，各種新材料、新工藝得到了廣泛的推廣應用，實際作業中難免遇到一些問題，對此必須通過靜載試驗等方式獲得相關的橋梁參數，以此驗證設計方法的正確性，或為設計計算、優化提供可靠的數據積累。

（3）明確橋梁結構工作性能，判斷是否滿足使用條件：時至今日我國建成的橋梁數量已經十分龐大，其中不少早期建成的橋梁在長期運營過程中出現了各種損傷，對于此類橋梁必須落實相關試驗檢測工作，明確橋梁承載力、使用性能，以此制定合理的限載方案和加固方案。

2.2 靜載試驗一般程序

橋梁靜載試驗是一項系統的、復雜的工作，必須根據試驗目的做好相關調查工作，制定周密的試驗方案，提出可行的試驗計劃。靜載試驗主要內容與一般程序如下：

2.2.1 靜載試驗內容

橋梁靜載試驗內容如圖2所示。

2.2.2 靜載試驗一般程序

橋梁靜載試驗主要可分為三大階段，具體如下：

（1）橋梁考察和方案設計。此階段是橋梁靜載試驗開展的必要階段，其主要工作內容包括：技術資料收集、橋梁現狀檢查、理論計算、試驗方案制定、現場準備等。

①技術資料的收集：包括設計文件、施工文件、監理記錄、原始試驗資料、橋梁養護與維修記錄等;同時還需收集橋梁運營階段的車流量、重載車輛情況等。

②橋梁外觀檢查：主要檢查對象包括上、下部結構與支座，檢查表面裂縫情況、支座老化情況、螺栓松緊度等，以此基本掌握橋梁現狀。

③理論計算與分析：理論計算包括內力計算、試驗荷載效應計算等。具體如表1所示。重要橋梁需與原設計單位理論計算成果進行對比，確保一致。

④試驗方案制定：基于上述分析結果制定靜載試驗方案，主要包括確定測試內容、設計加載方案與觀測方案、選用儀器儀表、配備人員等;若有必要需聘請專家評審，完善靜載試驗實施細則。

⑤現場試驗準備：包括接通電源、搭設腳手架等臨時結構、準備安全工具、封閉交通、落實加載用車輛和設備等。

（2）加載與觀測。此階段是靜載試驗的核心環節，需按預定試驗方案、程序落實各項工作，規范使用加載設備、測試儀器，記錄好橋梁受力后的各項指標。

①橋梁測點布設：測點不宜過多，要求主要測點的布設可控制結構最大應力（應變）、最大撓度，可同一測點采取不同測試方法校對，確保觀測結果的精確性。

②針對部分重要工況，做好預壓、試探性試驗，消除溫度等因素的影響，以更好地達到試驗目標。

③及時比較理論值、實測值，判斷是否需終止加載，確保試驗安全。

（3）資料分析與處理。此階段是數據綜合分析環節，原始試驗數據無規律、無條理，需做好數理統計分析、解碼處理等工作，過濾溫度等非彈性因素的影響，獲得更加精確的試驗結果，以此做出科學判斷。

3 預應力混凝土空心板梁靜載試驗

3.1 工程概況

本文僅以某橋梁靜載試驗為例展開分析。此橋梁結構采用的是16 m簡支預制預應力空心板梁，共計7跨，每跨橫向7片梁，先張法施工，采用C50混凝土。板高、中板寬分別為0.7 m、1.03 m，預應力筋選用高強低松弛鋼絞線，“雙控”施工;下部結構采用鉆孔灌注樁基礎，樁徑120 cm。如圖3所示即為橋梁橫截面示意圖。

3.2 靜載試驗的目的、設備

本項目主要是通過靜載試驗，檢驗橋梁受力情況是否滿足規范要求，同時通過試驗數據的綜合分析，對橋梁現狀進行總體評價。具體試驗設備如表2所示。

3.3 靜載試驗方法

3.3.1 測點布置

本項目測點布置情況如圖4所示。

3.3.2 試驗加載

（1）試驗荷載效率控制在0.8～1.0;分級加載，4級加載、1級卸載;每一加載工況進行2次，保證數據精確。

（2）加載階段落實安全監測工作，根據結構控制截面變位、應力情況，及時判斷是否需停止加載。

（3）本項目加載采用35 t重車，加載方式見圖5。

3.3.3 試驗結果與分析

（1）橫向分布試驗：如圖6所示即為實測橫向分布影響曲線：曲線圓滑，表明橫向連接正常。

（2）截面應變分析：實測時，在受力相對不利的3#～6#梁梁底兩側布置2排應變測點，并開展2次循環加載測試。本次實測卸載殘余應變較小，2次加載量測顯示殘余應變值與第四級應變值之比分別在20%、10%以內，滿足要求，截面變形處于彈性工作狀態。

（3）抗裂性分析：本項目在3#～6#梁梁底兩側布置5～7個鋼弦應變計，相鄰距離控制在30 cm，分級加載，測試每級荷載下梁體下緣應變，繪制ε-η關系圖（X軸、Y軸分別為荷載效率系數、梁體下緣實測應變）。若是圖中出現拐點，則表明此處或是周邊存在開裂情況。通過對部分抗裂應變測點實測情況可知，實測應變與荷載效率線性關系良好，截面應變沿截面高度分布的線性相關系數為0.999 1，說明梁體截面變形符合平截面假定，無開裂情況，滿足規范要求。

（4）剛度評定：本項目實測第二循環最大級試驗荷載下1#～7#、9#梁撓度值，經對比實測值偏小;撓度校驗系數為0.341～0.521，基本滿足規范要求。根據實測撓度推算1#～7#、9#梁在汽車荷載作用下（不計沖擊）的撓度值、撓跨比f/L如表3所示，結構剛度滿足規范要求。

4 結語

綜上所述，荷載試驗在檢驗橋梁施工質量、運營安全性等方面發揮著巨大的作用。本文主要以靜載試驗為研究對象展開分析，此項目工作主要包括橋梁考察和方案設計、加載與觀測、資料分析與處理三大階段，實踐性較強，要求試驗人員必須具備豐富的現場經驗，能夠將理論計算與實橋檢測充分結合，切實獲得精確的試驗結果，以此指導橋梁安全度判別、加固維修方案的制定，切實發揮橋梁應有的運營效益。

參考文獻：

[1]佚 名.橋梁靜載試驗校驗系數及優化評定方法研究[J].公路交通科技，2015，32（6）：62-68.

[2]彭俊杰，張 慧，李修君.橋梁靜載試驗加載方案研究[J].中外公路，2014，34（6）：188-190.

[3]張文浩，劉肖凡，胡天碧，等.在役橋梁靜載試驗實例分析[J].武漢輕工大學學報，2012，31（1）：80-82.

[4]楊 銳，楊樹萍.橋梁靜載試驗下應變和撓度的研究[J].工程與建設，2014（4）：509-510.

[5]徐 林.橋梁靜載試驗校驗系數影響因素分析[J].山西建筑，2012，38（22）：192-194.

[6]郝舉英，岳英龍，孫玉英.門澤河大橋橋梁靜載試驗與分析[J].黑龍江交通科技，2007，30（8）：73-74.

[7]全恩懋，石永燕.橋梁靜載試驗安全加載域問題的分析[J].山西建筑，2007，33（16）：344-345.

[8]周院芳，王新毅.德昌高速公路橋梁靜載試驗分析[J].低溫建筑技術，2011，33（12）：40-41.