基于预应力混凝土空心板桥荷载试验研究

窦 杨

(成都理工大学环境与土木工程学院,四川 成都 610059)

基于预应力混凝土空心板桥荷载试验研究

窦 杨

(成都理工大学环境与土木工程学院,四川 成都 610059)

为了检验空心板桥的施工质量是否符合设计要求,保证桥梁使用的安全性,对预应力空心板桥进行了荷载试验(静载试验).介绍了试验原理,加载方案,得到了静载试验的结果.

预应力混凝土;空心板;静载试验;应力应变;挠度;裂缝

0 引 言

随着工程技术中预应力技术的应用越来越广泛,相关的工程质量问题也日益增加.荷载试验直观明了,结果易为各方接受,可以作为判别工程质量的重要依据之一.荷载试验就是在试验对象上,利用各种实验技术,在荷载或其他因素作用下,通过量测各种参数来判明工程结构的技术性能,以确定其是否满足设计要求[1].本研究以具体桥梁为研究对象,开展预应力混凝土构件荷载试验研究,对构件的承载能力是否达到设计要求做出判断,以期为解决同类工程问题提供参考价值.

1 工程概况

研究对象位于四川省攀枝花市总发乡往平地方向8 km处.桥梁上部为3×20 m预应力混凝土空心板简支桥,桥面连续,包括桥台在内,全桥总长为79.55 m,起止里程为K0+008～K0+087.55.桥梁上部预应力空心板及绞缝采用C45混凝土,空心板高0.9 m,桥面铺装采用10～17 cm厚C40防水混凝土.桥面布置为,1.5 m(人行道)+7.0 m(行车道)+1.5 m(人行道)=10.0 m.全桥按双车道设计,设计行车速度为20 km/h,公路等级四级.设计为荷载公路-Ⅱ级,人群荷载3.5 kN/m2.为了判定该桥的整体质量是否达到设计要求,拟对该桥进行了竣工后荷载试验(静载试验),以对桥的承载能力和工作状况做一次全面的技术评估,具体包括:检测试验桥跨控制截面的应力、挠度、裂缝等指标;检测评定试验桥跨的实际承载能力、结构变形及抗裂性能是否满足有关技术规范要求;结合理论计算分析结果,评定试验桥跨结构的技术状态是否满足设计要求,评价试验桥跨结构的实际受力状态和工作状况,从而为桥梁的竣工验收以及日后的运营、养护和管理提供依据.

2 静载试验

2.1 试验方法

1)应力(应变).该桥上部结构采用预应力空心板,可直接在应力(应变)测试截面的混凝土表面粘贴应变片,采用静态应变仪进行应变测试,通过实测应变和混凝土的弹性模量换算测点应力,应变测试分辨率为 1×10-6(±1 μ ε).

2)挠度.采用电子水准仪与精密水准仪在测试截面位置对各片空心板进行挠度测试,在试验桥跨挠度测试截面(跨中)横向布置6个测点,测试分辨率为±0.01 mm.

应力(应变)检测数据采集系统构成如图1所示[2].

图1 静态应变数据采集系统示意图

3)裂缝观测.采用裂缝观测仪进行裂缝宽度检测,测试分辨率为±0.02 mm.

2.2 试验桥跨、测试截面和测点布置

1)试验桥跨.选取该桥边跨作为试验桥跨进行静力荷载试验,共一跨.

2)测试截面.以试验桥跨在设计荷载作用下的最大正弯矩截面(即跨中截面)作为控制截面,控制截面布置如图2所示.具体为:①设1个应力(应变)测试截面(J1),布置在试验桥跨的跨中截面;②设1个挠度测试截面(F1),布置在试验桥跨的跨中截面.

图2 试验桥跨应力(应变)、挠度测试截面布置示意图

3)测点布置.试验桥跨测试截面应力(应变)和挠度测点布置如图3所示.

图3 测试截面应力(应变)、挠度测点布置图

2.3 试验荷载及试验工况

1)设计控制内力.按照设计要求,即设计荷载公路-Ⅱ级,人群3.5 kN/m2,按最不利位置进行布载,汽车荷载按规范规定计入冲击系数(1.29).

2)试验荷载.以设计正常使用最不利荷载作为加载控制,采用加载车辆进行内力(弯矩)等效布载,使控制截面和控制构件的试验荷载效率满足检测规程的要求.根据结构计算,试验采用4台加载车作为试验等效荷载,加载车辆参数见表1.试验前,对所有加载车辆均进行过磅称重,根据加载车辆的实际称重结果对车辆进行编组,以保证试验荷载效率在合理的范围之内[3].

表1 试验加载车参数表

2.4 试验荷载效率

静载试验的荷载效率见表2.

表2 静载试验荷载效率

2.5 应力(应变)及挠度的理论计算方法

依据本试验已知条件和数据,应用偏心压力法(假定横隔梁无限刚性)计算梁板应力[4];梁板挠度采用预应力混凝土梁挠度计算公式求值,fc=ηθf[5];其中,ηθ挠度长期增长系数,f短期挠度值;采用桥梁分析软件计算上述应力和挠度的理论计算结果,可以得出其横向分布影响线.

3 检测结果

3.1 挠度检测结果

采用电子水准仪与精密水准仪在测试截面位置对各片空心板进行挠度测试,本次静力荷载试验共进行了2个工况的静力加载试验.试验荷载作用下,挠度实测结果及与计算值的比较如表3与图4所示.

表3 跨中挠度测试截面实测挠度与计算值的比较

图4 跨中截面的挠度横向分布与计算值的比较

3.2 应力(应变)检测结果

采用静态应变仪进行应变测试,通过实测应变和混凝土的弹性模量换算测点应力,针对跨中应力(应变)测试截面进行了2个工况的静力加载试验.具体情况如表4及图5所示.

表4 (a) J1截面偏下游加载J1截面下缘混凝土实测应力及与计算值的比较

表4 (a) J1截面偏下游加载J1截面下缘混凝土实测应力及与计算值的比较

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表4 (b) J1截面偏上游加载混凝土实测应力与计算值的比较

表4 (b) J1截面偏上游加载混凝土实测应力与计算值的比较

说明:表4中:应力受拉为正,实测应力为试验荷载作用下的增量;空心板自上游向下游依次编号为1#板～6#板;每片空心板底面设2个应变测点,自上游向下游依次编号为1#测点～2#测点.

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图5 跨中截面空心板下缘实测混凝土应力的横向分布与计算值的比较

3.3 裂缝观测结果

加载前及试验荷载作用下,试验桥跨跨中截面附近区域未发现可见裂缝.

4 结果分析

4.1 结构刚度

试验荷载作用下,试验桥跨测试截面的实测挠度小于计算值,挠度校验系数为0.50～0.73,跨中最大实测挠度增量为 4.76 mm,为计算跨径的1/4 042,小于规范限值.荷载卸除后,实测残余变形较小,最大实测相对残余变形为6.9%,表明试验桥跨结构处于较好的弹性工作状态.图3所示的跨中实测挠度横向分布与计算值的一致性较好,表明试验桥跨结构整体变形在正常范围内.试验结果表明,试验桥跨结构刚度满足设计要求.

4.2 结构强度

试验荷载作用下,试验桥跨测试截面的实测应力小于计算值,应力校验系数为0.42～0.74.跨中截面空心板下缘最大实测混凝土拉应力增量为2.58 MPa.图4所示跨中应力测试截面空心板底面实测混凝土应力的横向分布与计算值的横向分布相符.试验结果表明,试验桥跨测试截面结构受力正常,结构强度满足设计要求.

5 结 论

通过该桥的静载试验实测结果,该桥的整体受力性能结论如下:试验桥跨结构经历了荷载效率为0.93～0.96的静力试验加载,试验加载过程中未出现异常现象;试验荷载作用下,测试截面的实测挠度小于计算值,挠度校验系数介于0.50～0.73之间,跨中最大实测挠度增量为4.76 mm,为计算跨径的1/4 042,荷载卸除后,梁体变形恢复良好,最大实测相对残余挠度为6.9%,试验桥跨结构刚度满足设计要求;试验荷载作用下,测试截面的实测应力小于计算值,应力校验系数介于0.42～0.74之间,跨中下缘最大实测混凝土拉应力增量为2.58 MPa,试验桥跨测试截面结构受力正常,结构强度满足设计要求;加载前以及试验荷载作用下,试验桥跨跨中截面附近区域未发现可见裂缝.综上所述,该桥整体工作性能良好,各项检测数据均满足相关规范要求.

[1] 交通部公路科学研究所.大跨径混凝土桥梁的试验方法[M].北京:人民交通出版社,1982.

[2] 交通部基本建设质量监督总站.桥涵工程试验检测技术[M].北京:人民交通出版社,2004.

[3] 交通部公路科学研究所.JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范[S].北京:人民交通出版社,2004.

[4] 邵旭东.桥梁工程[M].武汉:武汉理工大学出版社,2005.

[5] 叶见曙,李国平.结构设计原理[M].北京:人民交通出版社,2005.

Hollow Slab Bridge Load Test Research Based on Prestressed Concrete

DOUYang
(College of Environment and Civil Engineering,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China)

In order to test whether the construction quality about the hollow slab bridge of three-tree bridge meets the design requirements,and guarantee the safety of bridge,load test(static load test)on prestressed hollow slab bridge is conducted.This paper describes the test principle and introduces the loading programmes.The result of load test is presented.

prestressed concrete;hollow slab;static load testing;stress and strain;deflection;cracking

U445

A

1004-5422(2013)01-0078-04

2012-10-26.

窦 杨(1982—),男,硕士研究生,从事桥梁与隧道结构稳定性研究.