单梁(板)静载试验与分析

■李江乐 ■1.河南城建学院，河南 平顶山 467036;2.西安建筑科技大学，陕西 西安 710055

1 工程概况

郑尧高速公路鲁山县下汤段公路桥为5 -20m 后张法预应力空心板桥。桥梁全长112m，桥宽:净7 +2 ×1.0m，桥梁横向由6 片板梁组成，预制空心板高为0.95m，设计汽车荷载等级:公路-I 级。预制空心板采用标号为C50 的混凝土，板梁的断面采用部颁标准图。

2 试验方案

2.1 试验目的

该桥在工程建设单位组织的质量大检查中发现个别混凝土试块强度虽然满足要求，但预制钢筋混凝土梁的混凝土回弹值偏低，因此对预制钢筋混凝土梁的整体混凝土强度存在怀疑。为确保工程施工质量，在成品预应力钢筋混凝土空心板梁中随机抽取一片板梁进行静荷载试验，检测与分析受检预应力钢筋混凝土空心板梁的受力、变形、裂纹开展与分布特性。本文以2 -6 号板为例进行静载试验分析。

2.2 结构内力计算

试验荷载按照均布荷载形式进行布载，试验梁施加的均布荷载产生的效应应与二期恒载+活载(汽车、人群等)在板梁跨中产生的弯矩等效。采用有限元程序计算结构内力，2 -6 号边板主要控制截面(L/2截面)内力及加载效率介于0.95～1.05 之间，满足《规程》对静载试验加载效率的要求。

2.3 测试截面和测点布置

选择L/4 跨、跨中、3L/4 跨作为检测控制截面，在控制界面处设置挠度和应变测点。由于试验过程中支点处可能会有沉降，故在支点处也设置挠度观测点，对支点沉降影响进行修正。

临时支撑应设置在支座中心线处，支撑下的地基(台座)应有足够强度，在试验荷载作用下的总压缩变形量不宜超过试验结构构件挠度的1/10，且要求支撑顶面水平、清洁。测点布置示意图如图1 所示。

图1 测点布置示意图

2.4 加载方案

现场加载采用模拟均布荷载的加载方式进行。根据梁厂实际条件，采用工地上的混凝土预制块、钢筋卷、钢模板等作为加载重物。加载前先对预制块、钢模板称重，按照设计吨位要求，分3 级进行缓慢加载。为消除(减小)非弹性变形影响，应先对试验梁板进行预压，然后进行正式加载。每级荷载施加后静置5～10 分钟，待变形稳定后量测梁体应变与变形，并观测裂缝(纹)。

3 试验结果及分析

3.1 挠度结果与分析

理论挠度采用桥梁结构计算程序计算。实测挠度首先应将L/4、L2、3L4 各截面处各荷载阶段的沉降值减去两支点处相应荷载下的平均沉降值，即可得出以上各截面每阶段的挠度值。其次，汇总各截面在每个荷载阶段时的挠度值且将挠度绘制成图，对比理论挠度和实测挠度的大小。最后通过分析比较理论值和实测值，确定试验梁的施工质量及使用性能。

由试验结果分析可以看出:(1)在各级荷载作用下，控制截面的挠度随着荷载的变化规律与理论值基本符合。(2)在最大试验荷载作用下，跨中挠度实测值为7.34mm，结构位移校验系数在0.591～0.727 之间。根据有关文献查得预应力混凝土梁的结构位移校验系数一般在0.60～1.00 之间，可见，试验梁的荷载—变形特性正常，梁板结构整体刚度达到了设计要求。(3)在所有各级试验荷载作用下，试验梁均未发现有因加载而产生的裂缝。挠度检测结果表明:梁板结构变形性能优良，整体刚度满足设计及规范要求。

3.2 应变结果与分析

实测应变值由仪器自动采集，将每级荷载下混凝土的应变汇总成表，通过与理论应变值相比较可判断各截面是否在各荷载阶段处于弹性变形状态。其次，将各荷载阶段对梁某一截面上产生的应变绘制成图，分析该点混凝土应变是否与荷载变化相对应。各级试验荷载作用下各控制截面应变实测值、理论值及其校验系数详见表1，梁板跨中截面梁底实测应变与理论应变比较见图2。对照表1 分析可看出:(1)由梁板结构的荷载—应力反应分析可看出:在各级荷载作用下，实测混凝土的应变与理论计算值比较吻合。(2)结构应变校验系数在0.726～0.851 之间。根据有关文献，正常预应力混凝土梁板结构的应变(力)校验系数一般在0.50～0.90 之间，可见，试验梁的受力特性正常，梁体整体承载能力达到了设计要求。(3)由图2绘出的跨中截面荷载与梁底应变的关系曲线可见看出，应变随荷载增长的线性相关系数为0.9575，线性相关性良好。由此可判定梁体在试验荷载作用下，混凝土结构在线弹性范围内工作。

表1 试验荷载下应变测试结果与应变校验系数

图2 1/2 截面梁底截面实测和理论比较图

3.3 裂纹观测及结果

在各级荷载相继加完以后，观察梁体是否出现新生裂缝，，主要观察部位为梁体L/4、跨中、3L/4 处底板、腹板附近，并分类记录裂缝情况。加载前试件裂纹宽度为0.05～0.15mm，加载后试件裂纹为0.02～0.10mm，受压区裂纹基本闭合，梁底附近未发现裂纹出现，结构的抗裂性满足要求。

4 结论

通过对该片板梁的静载试验与分析可得如下结论。

(1)试验梁各挠度测试截面荷载—挠度曲线符合线性规律，表面试验梁弹性状况良好。

(2)在各级荷载作用下，实测混凝土的应变与理论计算值比较吻合。

(3)结构挠度、应变校验系数均小于1.0，结构承载能力及刚度均满足设计要求。

(4)在试验过程中，梁体没有产生新裂缝，结构的抗裂性满足要求。

(5)试验结果与理论分析相吻合，达到了试验检测的目的，说明该试验原理、方法及数据处理方法符合实际要求。

［1］王培金.装配式预应力混凝土小箱梁单梁静载试验分析.现代交通技术［J］.2013.6(3).

［2］《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21—2011)［M］.中华人民共和国交通部部标准，2011.

［3］《公路桥梁荷载试验规程》(报批稿)［M］.中华人民共和国交通部部标准，2012.