桥梁预应力空心板梁的再利用加载试验研究

仲秀丽

(江苏科技大学土木工程与建筑学院，江苏镇江212003)

1 试验背景

随着城市道路的建设，许多原来位于道路上的旧桥需要进行改建或加固以满足城市交通发展的要求。预应力混凝土板梁是桥梁的主要承重结构，其质量的优劣将直接影响桥梁的工作状态、使用性能和安全程度。一些板梁技术状况良好仍能满足进一步的使用，进行板梁荷载试验正是检验板梁工作状态以判断板梁是否可再利用的一种有效手段。某公路全长16.2 km，设计行车速度为80 km/h，设计荷载为:城－A级。工程部分路段在拆桥过程中有1 380多片20 m预应力混凝土空心板梁，迄今已运营近10年，从工程节约考虑，拟从中挑选技术状况较好的板梁进行重复利用。拆除板梁桥面全宽24 m，预应力钢绞线采用标准270级Φj15.24钢绞线，非预应力钢筋采用Ⅱ级钢筋和Ⅰ级钢筋(GB 1499－79)，钢板采用A3钢板(GB 700－79)。预应力混凝土预制板、铰缝及整体化现浇混凝土等级均为C40［1］。板梁原设计荷载标准为:汽－20，挂－100。

2 极限承载力试验

2.1 试验对象的选择

本次试验抽取三片外观状况不同的板梁进行极限承载能力验证试验。以观察旧板梁是否满足再利用使用的荷载要求。

本次极限承载能力试验选择1#梁、2#梁和3#梁，在凿除铰缝和桥面铺装后观察到梁体存在不同程度的破损(详见表1)。

表1 外观检查结果对比表

2.2 测试截面选择

1#～3#板梁均沿着梁长平均划分为3个应力测试断面和5个位移测试断面。其应力测试断面分别为梁跨L/4、L/2、3L/4截面处，采用应变传感器测试梁体相应位置的应变变化;位移测试断面为左右两支点截面及梁体L/4、L/2、3L/4截面处(见图1)，每个位移测试断面安装一个百分表和两个位移计。

图1 位移测试断面及测点布置示意

2.3 测点布置

本次试验位移采集在各个测试断面分别布设1只百分表和2只位移计，以确保数据的可靠性。

挠度测点:各断面各布设2只位移计和1只百分表;

应力测点:在板梁的L/4、L/2、3L/4截面的顶底板和腹板分别布设振弦式应变计，顶板两侧各布设1只，沿腹板高度布设3只，底板两侧各布设1只。

3 试验加载

3.1 加载原理

对板梁施加荷载时要尽量满足跨中最大弯矩要求，故此板梁一端采用固定铰支座，一端采用滚动铰支座［2］［3］。板梁加载示意图如图2所示。

采用千斤顶在梁体L/2处进行分级加载(图2)，总加载量为53 t，分13级加载，荷载从5 t加到53 t，每级相差4 t。在正式加载之前对梁体要先进行预加载，以检验整个实验装置是否安全可靠，

图2 梁体加载示意

3.2 试验步骤

(1)清理场地，建造试验平台，保证平台的标高及强度满足试验所需的要求;

(2)安装试验板梁，放置加荷用的千斤顶;

(3)对梁体进行预加载，以检验整个试验装置是否安全可靠，预加载值不超过结构正常使用极限状态荷载计算值的70%;

(4)预加载完成后对梁体采用力控制分级加载，在加载过程中实时监控和采集数据，每级加载完成后持荷约10 min，然后记录本级荷载作用下各测点的响应值。

4 实验结果分析

4.1 挠度测试结果分析

表2给出了主要测试结果的数据，梁荷载－跨中挠度曲线见图3～图5。

表2 测试主要结果汇总表

图3 1#梁荷载－跨中挠度

图4 2#梁荷载－跨中挠度

图5 3#梁荷载－跨中挠度

4.2 裂缝分析

三片梁跨中裂缝的测量通过手持式应变仪进行测试，跨中裂缝宽度变化如图6～图8。

图6 1#梁跨中裂宽

图7 2#梁跨中裂宽

图8 3#梁跨中裂宽

加载过程中，三片板梁均先在底板出现可见的横向裂缝，此时加载量为33 t，并随着荷载的不断增加，板梁地板的裂缝不断增多，沿着腹板往上延伸，当荷载加至接近破坏阶段时，梁体的裂缝数量基本稳定，延伸高度也没有进一步发展，而裂缝宽度不断增大。最终破坏形态均是跨中顶板区域的混凝土被压碎同时构造钢筋屈服，底板出现间距约为18 cm的横向受力裂缝。

按照《公路旧桥承载能力鉴定方法》的规定，对于旧桥，在试验荷载作用下，主筋附近允许最大裂缝宽度0.25 mm［4］，腹板大部分斜向裂缝允许裂缝宽度为0.30 mm。在荷载作用下，三片板梁的最大裂缝宽度分别为0.15 mm、0.18 mm、0.17 mm，裂缝无不正常开展。在开裂位置凿出钢筋，钢筋无锈蚀迹象。故可得出，三片梁的裂缝满足使用要求。

5 试验结论

(1)在梁体开裂前，荷载和挠度线性关系较好，说明板梁处于线弹性工作状态，其受力性能良好［5］;

(2)三片板梁的破坏形式基本一致，均为跨中顶板区域混凝土压碎破坏，底板混凝土出现间距较为均匀的横向裂缝，宽度基本在1 mm左右;

(3)根据测试结果可看出，尽管三片板梁外观状况有所差别，但各个加载阶段的受力性能基本一致，开裂荷载和破坏荷载也完全相同，说明两片板梁的承载状况没有明显差别;

(4)本次试验加载是按照正常使用状态的最不利情况进行确定的，试验数据表明三片梁的承载能力和刚度均能满足二次使用要求。

［1］王丽荣，盛可鉴，丁剑霆.桥梁工程［M］.中国建筑工业出版社，2005

［2］牛国军，陈芳.市政桥梁荷载试验检测分析［J］.质量，2008(2)

［3］徐文平.既有预应力混凝土梁桥承载能力实桥试验及分析研究［D］.东南大学，2006

［4］公路旧桥承载能力鉴定方法(试行)［S］

［5］公路桥梁承载能力检测评定规程(征求意见稿)［S］