25米箱梁静载试验及分析

任庆国，苗兰弟（陕西铁路工程职业技术学院，陕西渭南714099）

25米箱梁静载试验及分析

任庆国，苗兰弟
（陕西铁路工程职业技术学院，陕西渭南714099）

摘要：针对某高速公路25米箱梁进行了静载试验。主要是通过对试验截面进行逐级加载，观测桥梁结构的应变和挠度。将观测结果和理论值进行对比分析，结合公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范，验证结构的安全稳定性能。

关键词：高速公路；箱梁；静载试验；应变；挠度

D01：10.19329/j.cnki.1673-2928.2016.04.019

1工程概述

某高速公路工程设计荷载为公路Ⅰ级，双向六车道，桥面宽度2×16.75m。本次静载试验选取S3合同预制单片25m预应力小箱梁，为中跨中梁（左3-3中梁）。试验梁示意图见图1。

图1　试验梁示意图

2检测项目及依据

2.1检测项目

①确定箱梁结构控制截面的应变分布情况，包括中性轴高度、截面应变分布、应变与荷载效率的关系、实测值与理论计算值的对比［1-2］；

②通过分析在试验荷载下单梁跨中挠度情况，评估结构的整体刚度［1-2］。

2.2检测依据

试验依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）、《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）、《大跨径混凝土桥梁的试验方法》（最终建议）、《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004）及相关的设计、计算文件进行检测。

3静载试验检测内容及方法

本试验主要是通过对试验截面进行逐级加载，观测桥梁结构的应变和挠度，进而判断结构的安全稳定性能。

3.1试验截面的选取

根据预应力小箱梁结构的受力特点及现场的施工条件，选取跨中截面A截面、L/4截面（B截面）进行应变和挠度试验。

3.2承载能力检算及试验加载方案

3.2.1承载能力检算

在静载试验开始之前，首先采用MIDAS CIVIL2010计算软件对箱梁结构进行静力计算分析，计算模型见图2。

图2　箱梁三维实体模型

3.2.2试验加载方案

加载概况。根据施工现场实际情况，本次静载试验采用预制空心板进行加载试验，每片空心板重约120kN，长度L=10m，共计9片，总重约为1080kN。

试验荷载布置。本次荷载试验共进行5次加载，所加荷载均对称于箱梁跨中A截面，试验荷载布置见图3。

3.2.3试验荷载

本次试验加载，按照委托单位要求单梁加载至2倍的设计荷载。经计算分析，左3-3#箱梁，二期恒载产生内力为1515 kN·m，设计活载产生内力为1228 kN·m。

图3　荷载布置图

表1　加载内力表

表2　分级加载表

3.3静载试验测点布置

跨中截面（A截面）及L/4截面（B截面）均布置3个挠度测点，支点截面布置2个挠度修正测点，共设8个测点，如图4。

本试验选择两个应力（应变）测试截面，即跨中截面和L/4截面。跨中截面（A截面）的梁和腹板均布设5个应变测点；L/4（B截面）仅在梁底布设3个应变测点，如图5所示。

4静载试验结果及分析

本试验选取了跨中截面及1/4截面两个截面做应变及挠度试验，本文只针对跨中截面试验结果进行分析。

4.1梁底应变检测结果与分析

4.1.1应变检测结果列表

跨中截面（A截面）的梁底5个测点实测应变结果如表3所示。

图4　挠度测点布置图

图5　应变测点布置图

表3　跨中截面（A截面）梁底各测点实测应变值（单位：me）

4.1.2应变检测校验系数评定

校验系数η为某一测点的应变实测值与理论值的比值：η=S实测/S理论，它是评定桥梁结构工作状态，确定桥梁承载能力的一个重要指标，在实际运用中，同一荷载作用下的实测值与理论值应尽可能接近。一般情况当η＜1时，表明桥梁结构的工作性能较好，满足使用要求；当η＞1时，表明桥梁结构工作性能较差，应降级使用，限速限载并进行加固或改建【3】。

表4　跨中截面（A截面）梁底各测点应变校验系数评定

由表4可知，该截面的5个测点的应变均满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》规定的混凝土桥梁应变（或应力）校验系数一般≤1的要求。说明该截面强度满足桥梁规范要求。

4.1.3应变实测值与理论计算值线性关系分析

从表4可以看出，梁底5个测点应变检测中，A-1测点的应变值最大，图6给出了测点应变实测值与理论计算值的关系曲线。

图6A-1测点应变实测值与计算值线性关系

由图6可知，测点A-1的实测值与理论值成线性关系，线性相关系数平方值为0.9919。

4.1.4残余应变评定

桥梁结构的工作状态还可用实测残余应变（Sp）与实测最大应变（Stot）的比值来衡量，比值越小，桥梁结构就越接近弹性工作状态，通常要求两者的比值≤0.20。

表5　跨中截面（A截面）梁底应变测点残余应变

由表5可以看出，梁底5个应变测点的相对残余值均小于0.2，残余应变满足规范要求。

4.2变形检测结果与分析

4.2.1变形检测结果列表

跨中截面（A截面）各测点变形实测结果见表6。

表6　跨中截面（A截面）各测点实测变形值（单位：mm）

4.2.2变形检测校验系数评定

变形检测校验系数和应变检测校验系数表达方式相同，仍用η=S实测/S理论表示，相关要求及评定方法也相同。一般要求预应力混凝土桥梁变形检测校验系数常值范围：变形η=S实测/S理论≤1.0。

由表7可以看出，3个变形测点的校验系数均小于1.0，符合规范常值范围，因此可以判定，A截面刚度较好，满足规范要求。

表7　跨中截面（A截面）各测点变形校验系数评定

4.2.3变形实测值与计算值线性关系分析

跨中截面（A截面）变形检测中A1测点变形值最大，图7给出了测点变形实测值与计算值关系曲线。

由图7中可以看到，测点A1变形实测值与计算值线性关系良好，线性相关系数平方值为0.9983。

图7A1测点变形实测值与计算值线性关系

4.2.4残余应变评定

实测残余变形（Sp）与实测最大变形（Stot）的比值越小结构越接近弹性工作状态，一般要求≤0.20。

由表8可以看出，3个变形测点的相对残余值均小于0.20，满足规范要求。

表8　跨中截面（A截面）挠度测点残余变形

4.3腹板应变检测结果与分析

4.3.1应变检测结果列表

该箱梁跨中截面（A截面）腹板布设5个应变测点，用以测定截面中性轴高度，各测点应变实测结果见表9。

表9　跨中截面（A截面）腹板各测点实测应变值 （单位：me）

4.3.2截面中性轴高度评定

图8给出了最大级试验荷载下实测应变沿截面高度的分布情况，从图中可以看出，实测应变沿截面高度呈线性分布，截面变形基本符合平截面假定［4］。

5静载试验结果评定

5.1检测结论

①在试验荷载作用下，该梁应变检测截面应变实测值均小于理论计算值，且变化趋势与计算值一致，实测最大应变值为A-1测点，实测应变为302.1me，理论计算值为361.3me，应变校验系数为0.84。各测点在最大级加载工况下，校验系数均未超过《公路桥梁承载能力检测评定规程》规定的预应力混凝土桥梁应变（或应力）校验系数值不大于1的要求。应变检测结果表明测试梁体抗弯强度满足规范要求。

图8　实测应变沿截面高度分布图

②在试验荷载作用下，该梁挠度检测截面挠度实测值均小于理论计算值，且变化趋势与计算值一致，实测最大挠度值为A 1测点，实测挠度为15.59mm，理论计算值为22.93mm，挠度校验系数为0.68，校验系数均符合《公路桥梁承载能力检测评定规程》规定的预应力混凝土桥梁挠度校验系数不大于1的要求。挠度检测结果表明测试梁体刚度满足规范要求。

③应变及挠度相对残余最大值为0.09，满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》中第8.3.1条规定S’P≤20%的要求。

④在试验过程中，对试验梁体进行裂缝观测，在各级加载工况下，各测点应变无畸变及退化现象，说明测点位置截面未开裂，梁体表面未发现有裂缝出现。

5.2结果评定

根据25m小箱梁（左3-3中梁）单梁静载实验测试结果及理论计算结果，可以得出如下结论：在试验加载至1.84倍设计活载的工况下，预制25m预应力小箱梁（左3-3中梁）满足规范要求。

参考文献：

［1］彭灏.铺装层纵向裂缝对静载试验结果的影响分析［J］.城市建设理论研究（电子版），2012（28）：1919-1920.

［2］李仲玉.基于静载试验对桥梁结构性能分析实例［J］.交通世界（建养机械），2012（7）：230-231.

［3］李阳.立交桥静载试验方案及分析［J］.城市建设理论研究（电子版），2012（8）：2095-2104.

［4］申桂柳，袁莉莉.钢-混凝土曲线简支组合梁桥成桥静载试验研究［J］.城市建设理论研究（电子版），2015（6）：2095-2104.

（责任编辑：郝安林）

中图分类号：U441+.2

文献标志码：A

文章编号：1673-2928（2016）04-0063-05

收稿日期：2015-10-22

作者简介：任国庆（1980-），男，硕士，陕西铁路工程职业技术学院讲师，研究方向：光电子器件。

Static Load Test and Analysis of 25m Boxed

Ren Qingguo1，Miao Landi2
（Shanxi Railway Institute，Weinan 714099，China）

Abstract：A static load test of 30m boxed was made in a certain expressway engineering.In the test，the working performance，deflection and stress，of the precast girderwere both tested at different load effect levels.Then，comparing and studying the observation results and theoretical values，combined with the design specification of highway reinforced concrete and prestressed concrete bridges and culverts，judging the safety and stability of the structure.

key words：expressway；boxed girder；static test；strain；deflection