桥梁单片梁试验方法及注意问题

李济民

0 前言

简支梁桥现广泛应用于桥梁实际工程建设中，该结构体系横截面的形式多采用肋形截面，它包括T形梁、I形梁、板梁和小箱梁等。为保证工程质量，对于每个批次或每种结构形式，至少抽检1片单片梁进行荷载试验检测，从而评定该结构是否满足承载能力的要求。

1 荷载效率确定方法[1][3]

单片梁试验以弯矩作为控制值，需要考虑的荷载包括二期恒载，人群荷载和车道荷载，对以公路桥梁来说车道荷载为公路I级或公路II级，并需要计算冲击效应。

1.1 横向分布系数法确定设计弯矩值

承受多列车队移动荷载的桥跨结构，其截面内力理应采用空间结构理论进行分析，但为了便于应用《结构力学》中的平面杆系结构理论完成分析，工程上便采用了简化的计算方法，即取横截面中的任意一片梁单独分析，分配给该梁上的车辆荷载可用车辆轴重与修正系数m的乘积来代替，此修正系数便是横向分布系数。简化的方法有：杠杆法、刚性横梁法、修正的偏心压力法、铰接板法、刚接板法、G-M法等，上述简化计算方法的采用应根据实际结构型式来选取。

1.2 空间有限元分析法确定设计弯矩值

可以通过应用空间有限元软件，对桥梁结构物进行模拟，如应用midas civil等专业的桥梁分析软件，建立结构分析模型，然后添加设计荷载，便可做相应的计算。

1.3 荷载折减系数的确定

在进行设计弯矩值计算过程中，桥涵设计的荷载规定了两个荷载折减系数，其一为横向折减系数，当桥梁设计车道数大于2时，汽车产生的效应应按规范予以折减，车道数越多，其折减系数变越小，但折减后的效应不得小于用两列车布载的计算结果。其二称为纵向折减系数，当桥梁计算跨径大于150 m时，应按规范规定折减，在多跨连续梁结构中，按最大计算结构跨径计算纵向折减系数。

1.4 冲击系数

汽车以较高的速度驶过桥梁时，由于桥面不平整、发动机震动等原因，会引起桥梁结构的振动，从而造成内力增大。为了考虑这个因素，通过引入一个竖向动力效应的增大系数——冲击系数，来计及汽车荷载的冲击作用。规范规定，按结构不同的基频，汽车引起的冲击系数在0.05～0.45之间变化，其计算方法为：

当 f＜1.5Hz时，μ=0.05

当 1.5Hz≤f≤14Hz时，μ=0.1767lnf-0.0157

当 f＞14 Hz时，μ=0.45

式中：f——结构基频，Hz。

1.5 荷载效率的确定

单片梁实际加载弯矩值与设计弯矩值之比称为荷载效率系数，根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》荷载效率系数宜介于0.95～1.05。

2 应变测量与分析[3]

（1）应变测试点按规范选定跨中和1/4跨进行，在跨中和1/4跨截面沿着高度布置，具体位置为分布在截面应力较大的位置为宜，如图1所示。

（2）应变的测试需注意温度因素的影响，宜在气温比较稳定的情况下开始试验。为比较准确地消除温度影响，可布置应变片时取用半桥连接来考虑。

图1 截面应变布置示意图

（3）截面中性轴高度的确定，通常截面中性轴高度按照素混凝土截面来计算（见表1），但实测数据表明有一定的偏差，如下例试验梁中性轴高度根据实测应变计算为0.45 m，由设计图纸素混凝土截面计算出的中性轴高度为0.51 m，两者相差约10%，对结果精度有一定影响。所以为精确分析应充分考虑预应力钢索和受力钢筋对截面中性轴位置的影响（见图2、图3）。

表1 单片梁 L/2跨断面应变测试结果（单位：με）

图2 截面应变布置示意图

图3 跨中截面应变沿截面高度变化图

3 挠度分析[3]

挠度分析中可按规范的线性插值方法消去支座沉降位移的影响，挠度测点主要布置在跨中截面和1/4跨位置，如图4所示。

图4 挠度测点布置及编号示意图

试验梁共布置6个挠度测点,采用电子数显百分表测量各级荷载下测点的挠度，以及支座压缩变形。

4 结语

本文详细叙述了单片梁荷载试验的主要内容，特别建议了理论值分析、数据采集与分析需注意的内容，同时强调了应变分析中需充分考虑温度效应的影响和中性轴高度位置确定中需考虑的因素，为同类型的试验提供一定的参考价值。

[1]JTG D60-2004,公路桥涵设计通用规范[S].

[2]JTGD62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[3]JTG/T J21-2011，公路桥梁承载能力检测评定规程[S].