20 m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板單梁靜載試驗分析★

劉 恒 周志瀚 曾芙霞 曹曉斌

(湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院鐵道工程學(xué)院，湖南 衡陽 421002)

0 引言

簡支梁橋是一種常見的橋梁結(jié)構(gòu)形式，其具有受力明確、施工簡單，后期維修養(yǎng)護較容易等優(yōu)點，因此在中小跨徑橋梁和大型橋梁的引橋部分應(yīng)用較多。

簡支梁橋的上部結(jié)構(gòu)多采用預(yù)制裝配式空心板或T梁結(jié)構(gòu)。為及時發(fā)現(xiàn)問題保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全，在空心板吊裝之前需對空心板進行外觀、強度質(zhì)量檢測和承載能力檢測。靜載試驗是一種通過在梁體結(jié)構(gòu)上施加與控制荷載等效的靜態(tài)外加荷載，利用檢測儀器測試控制截面力學(xué)效應(yīng)的現(xiàn)場試驗，是一種較準(zhǔn)確的測試方法。

1 工程概況

某省道新建橋梁全長128.4 m，上部結(jié)構(gòu)為6×20 m后張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，采用先簡支后橋面連續(xù)施工工藝。橋梁全寬10.5 m=9.5 m(行車道)+2×0.5 m(防撞欄桿)，每跨由6塊中板、2塊邊板組成，板高0.95 m，邊板懸臂長度0.225 m，橫向鉸接處理。橋梁設(shè)計荷載等級為公路—Ⅱ級。橋梁縱坡2%，橋面設(shè)1.5%的雙向橫坡。空心板采用C50混凝土澆筑，采用抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1 860 MPa，公稱直徑d=15.2 mm的低松弛高強度鋼絞線。

為了檢驗該批空心板的施工質(zhì)量，對該批空心板進行了外觀和強度檢測。在外觀和強度均無明顯問題的情況下，采用隨機抽樣的辦法，由業(yè)主、監(jiān)理、施工單位共同協(xié)商，制定2-2號中板進行靜載試驗。

2 理論計算

依據(jù)委托方提供的施工設(shè)計圖紙，預(yù)應(yīng)力混凝土中板的截面特性如下：橫截面面積為0.555 m2，抗彎慣性矩為0.062 2 m4，抗扭慣性矩為0.111 4 m4。采用鉸接板法計算可知中板荷載最大橫向分布系數(shù)為m汽=0.260，按最大橫向分布系數(shù)進行計算。在控制截面(跨中截面)的彎矩影響線(如圖1所示)上按最不利位置布置車道荷載，設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)為公路—Ⅱ級，計入沖擊系數(shù)0.215后考慮荷載橫向分布系數(shù)及汽車荷載分項系數(shù)確定計算彎矩573.2 kN·m。依據(jù)JTG/T 321—01—2015公路橋梁荷載試驗規(guī)程中有關(guān)荷載效率系數(shù)介于0.95～1.05之間的規(guī)定，確定配重的加載數(shù)量和位置。試驗加載采用沙袋堆載，沙袋布置在跨中10 m范圍內(nèi)，沙袋重0.5 kN/個，本次試驗各梁均需加載320個沙袋，總重量160 kN分4級加載到位，滿載等效荷載效應(yīng)為569.7 kN·m，效率系數(shù)0.99。本實驗計算模型見圖2。

3 試驗方案

3.1 測點布置

空心板跨中截面為控制截面，在跨中截面共布置10片應(yīng)變片，為消除溫度影響，將溫度補償片貼在該空心板同養(yǎng)試塊上。跨中截面應(yīng)變測點布置示意圖見圖3。

撓度測點布置在跨中、四分點和支點截面，每一測試截面在空心板底面兩側(cè)對稱布置一個百分表進行測試。沿空心板縱向撓度測點布置示意圖見圖4。

3.2 加載方案

試驗荷載采用人工搬運沙袋均勻布置于空心板跨中10 m范圍內(nèi)，分4級加載，每一級穩(wěn)定15 min后讀數(shù)，最后一次性卸載，對試驗測試數(shù)據(jù)應(yīng)進行必要的實時處理分析，判斷結(jié)構(gòu)在各加載等級下的響應(yīng)，防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)非正常的受力損傷。根據(jù)現(xiàn)場情況，對該板采用分級加載。加載分級見表1，加載布置見圖5。

表1 加載分級表

4 試驗結(jié)果

4.1 撓度測試結(jié)果

考慮堆載、支座、施工質(zhì)量等因素引起不對稱造成的空心板斜彎曲變形影響，將同一測試斷面兩側(cè)撓度測點取平均值后，各級試驗荷載作用下，各測點撓度變化如表2，圖6所示。

表2 跨中最大正彎矩工況測點撓度測試結(jié)果 mm

從撓度測試結(jié)果分析可知，各測點校驗系數(shù)均小于1，滿足規(guī)范要求，并有一定的安全儲備。各測點相對殘余變位均小于20%，滿足規(guī)范要求，從圖6可以看出，各測點撓度數(shù)據(jù)隨荷載增大接近線性增加，說明結(jié)構(gòu)接近于彈性工作狀態(tài)。

4.2 應(yīng)變測試結(jié)果

考慮堆載、支座、施工質(zhì)量等因素引起不對稱造成的空心板斜彎曲變形影響，將同一測試高度兩側(cè)應(yīng)變測點取平均值后，各級試驗荷載作用下，各測點應(yīng)變測試結(jié)果見表3，圖7。

表3 跨中最大正彎矩工況測點應(yīng)變測試結(jié)果 με

從應(yīng)變測試結(jié)果分析可知，各測點校驗系數(shù)均小于1，滿足規(guī)范要求，并有一定的安全儲備。各測點相對殘余變位均小于20%，滿足規(guī)范要求，從圖中可以看出，各測點應(yīng)變數(shù)據(jù)隨荷載增大呈線性增加，說明結(jié)構(gòu)接近于彈性工作狀態(tài)。應(yīng)變隨高度增加接近線性變化，應(yīng)變零點距空心板底面高度46 cm，與理論中性軸位置基本重合，與設(shè)計截面較擬合，說明空心板施工質(zhì)量較好。

4.3 裂縫檢查結(jié)果

試驗前后均未發(fā)現(xiàn)空心板開裂現(xiàn)象，說明空心板抗裂性能滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語

1)本次空心板靜載試驗效率系數(shù)控制在99%，滿足規(guī)范中0.95～1.05的要求。

2)空心板跨中最大正彎矩工況下，最大撓度校驗系數(shù)為0.85，校驗系數(shù)小于1，說明受檢空心板具備較好的豎向剛度；最大相對殘余變位為3.59%，滿足規(guī)范中相對殘余變位小于20%的要求，說明受檢空心板在試驗荷載作用下基本處于彈性工作狀態(tài)。

3)空心板跨中最大正彎矩工況下，最大應(yīng)變校驗系數(shù)為0.88，滿足規(guī)范中校驗系數(shù)小于1的要求，說明受檢空心板具備較好的截面強度；最大相對殘余應(yīng)變?yōu)?.77%，滿足規(guī)范中相對殘余變位小于20%的要求，說明受檢空心板在試驗荷載作用下基本處于彈性工作狀態(tài)。

4)試驗梁在加載前后均未發(fā)現(xiàn)可見裂縫。

綜上所述，該空心板在試驗荷載作用下具備較好的剛度和強度，承載力滿足設(shè)計和規(guī)范要求。