刘家道口公路桥预应力空心板载荷试验分析研究

邢朝阳

（安徽省·水利部淮委水利科学研究院 蚌埠 233000）

刘家道口公路桥预应力空心板载荷试验分析研究

邢朝阳

（安徽省·水利部淮委水利科学研究院 蚌埠 233000）

通过对空心板的静载荷试验，介绍了预制构件结构性能的测试依据、测试内容、静载荷试验结果，提出预应力空心板梁的刚度和抗裂性能与设计荷载比较所能承担的抗裂能力。

空心板梁 静载荷试验 刚度 抗裂度

1 概况

沂沭泗河洪水东调南下续建工程刘家道口枢纽位于临沂市刘家道口村北的沂河干流上，主要由刘家道口节制闸、分沂入沭彭家道口分洪闸、刘家道口放水洞、盛口放水洞、姜墩放水洞、盛口切滩、闸上堤防截渗、李公河防倒漾闸、李庄闸、水文观测设施、工程管理设施等组成。枢纽中的彭家道口分洪闸已于1974年建成外，其余建筑物均属此次建设工程。

刘家道口节制闸是实现沂沭河洪水东调入海的控制性建筑物，为开闭敞式曲堰型水闸，闸室总净宽576.0m，共36孔，单孔净宽16.00m，闸室下游侧设装配式钢筋混凝土交通桥，交通桥荷载标准为二级公路桥；桥面净—9+2×1.0m，桥面高程64.36m。该交通桥的结构设计安全等级为二级。桥面结构采用后张法预应力空心板结构，跨径18m，每跨9块板，7块中板，2块边板，板宽1.24m，板厚0.9m，板与板之间用铰缝连接。

在公路桥梁建设中，为保证桥梁使用性能的可靠，在空心板梁施工后应进行静载荷试验，通过载荷试验可对空心板梁的刚度和抗裂度进行分析，是否满足设计要求和规范要求，此次对刘家道口公路桥一片预应力空心板进行了破坏性试验，以验证板梁的实际承载能力。

2 预应力空心板裸板试验荷载确定

刘家道口节制闸交通桥：桥面净空：净—9+2×1.0m，荷载等级：公路Ⅱ级，人群荷载：3.0kN/m2，标准跨径18m，计算跨径17.3m，共36跨，桥梁上部采用后张法预应力混凝土空心板结构。

空心板：采用C40混凝土，fck=26.8MPa，fcd=18.4MPa。

φj15.2钢铰线：28根，fpk=1860MPa，fpd=1260MPa。

单板宽b=1240mm，板高h=900mm，空心板上顶板和下底板厚度均为100mm，计算跨径：l=17.96-2×0.33=17.3m。预应力钢筋的合力点至空心板底边距离为a=150mm，因此空心板截面的有效高度为：h0=900-150=750mm。

2.1 计算裸板所受荷载

车道均布荷载：qk=0.75×10.5=7.875（kN/m），车道集中

荷载：Pk=120+3×17.3=171.9（kN/m），由铰接板法计算跨中荷载横向分布系数得：

按照两列车布载，3号板最为不利，m3q=0.27，m3r=0.204，按照三列车布载，4号板最为不利，m4q=0.346，m4r=0.183。

横向布置车道数为3时，横向折减系数为0.78，m4q=0.346×0.78=0.27，

所以横向分布系数为：m3q=0.27，m3r=0.204，冲击系数μ＝0.256，

计入冲击力后，汽车荷载：

人群荷载：

2.2 承载能力极限状态基本组合

3 测试内容

3.1 测试目的

在试验荷载作用下，对板的刚度、板在弯矩荷载作用下跨中截面的正应变分布、板的抗裂性进行测试与监控。

3.2 测试依据

设计提供的公路桥预应力空心板荷载、公路桥涵设计规范、混凝土结构工程施工质量验收规范及桥涵工程试验检测技术规范等技术资料。

4 静载荷试验分析与研究

4.1 试验加荷方案

预应力空心板抗弯试验采用跨中等效弯矩法，所采用的等效弯矩区域长度为1.5m。加荷方式如图1。

汽—20为设计荷载与挂—100为校核荷载下，板跨中最大弯矩（承载能力极限状态基本组合）518.4kN·m（不含板的自重荷载）。

图1 抗弯试验加荷示意图

跨中加荷的折算荷载计算公式如下：

其中：P——折算荷载（kN）；

Mp——跨中弯矩（kN·m）；

Lo——计算长度—等效弯矩长度（m）。

17.96m板静载荷试验施加的折算荷载P的计算值为131.1kN。荷载分级为：0.2P、0.4P、0.6P、0.7P、0.8P、0.9P、1.0P，1.1P、1.2P、1.3P、1.4P、1.5P、1.6P、1.7P、1.8P；其中1.0P时，跨中等效弯矩为相应于汽—20设计荷载与挂—100校核荷载下的跨中最大弯矩，持荷时间0.5h，其余各级荷载均持荷15min。

4.2 荷载试验结果

4.2.1 挠度检测

1#试验板梁在各级荷载作用下L/4、L/2、3L/4实测挠度对应的挠度曲线如图2，跨中挠度—荷载曲线见图3。

图2 1#试验板梁在几级荷载下挠度曲线

图3 1#试验板梁跨中挠度—荷载曲线

4.2.2 混凝土应变检测

1#试验梁在各级荷载作用下的等弯矩底部两侧应变均值与荷载变化曲线见图4。

图4 1#试验板梁底部两侧应变均值

1#试验梁跨中截面两侧自上而下各测点应变值见下表1，对应的1.0P荷载下跨中左、右两侧应变布置图见图5、图6。

1#试验梁跨中截面上缘、下缘测点应变值见表2，对应的左、右两侧上、下缘应变随荷载变化曲线见图7、图8。

图7 1#试验梁跨中截面（左侧上、下）应变—荷载曲线

表1 1#试验梁跨中截面两侧自上而下各测点应变值

表2 1#试验梁跨中截面上缘、下缘测点应变值 单位：με

续表2 单位：με

图5 1#试验梁1.0P荷载下跨中左侧应变布置图

图6 1#试验梁1.0P荷载下跨中右侧应变布置图

图8 1#试验梁跨中截面（右侧上、下）应变—荷载曲线

5 试验分析

从图2、图3可见，空心板梁在施加1.0P荷载作用下的实测弹性挠度值为6.34mm，其对挠度f/L0=1/2729，远小于规范规定允许值〔f/L〕=1/600，说明该板梁在1.0P荷载作用下的实际刚度是满足要求的，随荷载增加，该试验梁刚度在1.8P作用下对应跨中挠度值为12.62mm，其刚度仍有一定安全储备。

从图4可见，板梁跨中截面两侧的拉、压应变值均由上而下呈增大趋势，且随荷载的增加，其绝对值较为均匀增加，1.8P荷载下最大应变均值为181.7με。

从表1中数据和图5、图6可见，板梁跨中截面两侧在0.4P、0.7P、1.0P级荷载下的正应变沿板高度的分布图来看，在各级荷载作用下，跨中截面的正应变值均近似呈直线分布。

从表2中数据和图7、图8可见，各级荷载作用下的应力—荷载曲线均近似呈线性变化。

空心板梁在加至1.3P荷载时，1#试验梁两端上部预应力张拉孔口侧面锚固区出现沿孔道方向的细微裂缝，在以后各级荷载下裂缝长度沿孔道走向延伸，加至1.8P荷载时，裂缝最终长度为20～30cm，缝宽0.05～0.10mm。

6 结语

通过对1#试验梁进行静载荷试验与分析可知，1#试验梁抗弯试验的最大加荷值为设计与校核荷载（最大值）的1.8倍，抗弯试验过程中，梁底部未出现裂缝，在施加1.3P荷载时，梁端部出现裂缝，随荷载增加，裂缝宽度和长度沿孔道走向延伸，说明空心板梁在1.0P荷载下，板梁抗弯及抗裂性能满足设计与规范要求。施加1.3P荷载时，梁端部出现裂缝，表明锚固区的抗裂设计对于后张预应力混凝土空心板梁的受力性能具有重要影响，在材料的设计强度有一定的安全储备的情况下，必须同时考虑锚固区的抗裂问题■