京昆高速河北省石家庄至晋冀界T梁试验研究

李君君 刘训臣 杨石柱

（石家庄铁路职业技术学院 河北石家庄 050041）

京昆高速河北省石家庄至晋冀界T梁试验研究

李君君 刘训臣 杨石柱

（石家庄铁路职业技术学院 河北石家庄 050041）

对京昆高速河北省石家庄至晋冀界质量存在疑问的T梁采用超声回弹综合测试法进行了钢筋混凝土梁的混凝土强度测试，并对其中1片T梁进行非破坏性静载试验，将测试结果进行综合分析，对测试梁的强度和承载力进行客观评价，最终将测试梁应用于施工现场，节省工程资金，排除安隐患。

超声回弹综合法 静载试验 强度 承载力

1 工程概况

京昆高速河北省石家庄至晋冀界公路桥大部分采用T型截面梁，T梁采用梁场预制施工，并用架桥机架设完成，先简支后连续，一幅横向7片梁。在T梁生产的过程中有3片30 m跨径的T梁在生产的过程中由于客观问题，造成梁体外观出现局部质量问题，鉴于生产该梁的梁场在生产过程中一贯质量把控较好，针对该问题，组织了专家论证会议建议进行试验研究，用数据说话。因此就上述3片T梁采用超声回弹综合法测试其强度，并抽取1片梁进行非破坏静载试验研究，取得强度和承载力的客观参数，为后续施工做客观分析。

2 超声回弹法测试混凝土强度

2.1 超声回弹法测试混凝土强度基本原理

应用超声波检测混凝土，就是通过发出和接收经混凝土传播后的超声波，进行测量。利用脉冲波在技术条件相同（即混凝土原材料、配合比、龄期和测试距离一致）的混凝土中传播的时间（或速度）、接受波的振幅和频率等声学参数的相对变化，来判断混凝土的缺陷。超声脉冲波传播速度的快慢与混凝土的密实程度有直接关系，对于原材料、配合比、龄期和测试距离一定的混凝土来说，声速高则混凝土密实，相反则混凝土不密实。

回弹法是用一个弹簧驱动的重锤，通过弹力杆（传力杆），弹击混凝土表面，并测出重锤被反弹回来的距离，以回弹值（反弹距离与弹簧初始长度之比）作为与强度相关的指标，来推定混凝土强度的一种方法。

超声回弹综合法是指采用回弹仪测取测区混凝土回弹值和用超声仪测取混凝土声速值，采用经验公式推定测区混凝土的抗压强度值。

2.2 检测结果及结论

对河北省石家庄至冀晋界公路3片跨径为30 m的试验梁进行超声回弹综合法测试，每片T梁分为10个测区，每个测区回弹测试16个测点，超声波测试在每对测区中选择三对测点作为超声测点，混凝土测试强度见表1所示。

表1 混凝土强度结果汇总表

根据河北省石家庄至冀晋界公路3片试验梁的超声回弹综合法的结果分析，所测的河北省石家庄至冀晋界公路3片试验梁的混凝土强度满足设计强度要求。

3 单片T梁非破坏静载试验

3.1 单片T梁静载试验技术方案

3.1.1 试验桥梁设计标准与基本数据

试验梁设计荷载为： 公路-I级，梁的跨径为：30 m。静载试验时试验梁的计算跨径采用梁处于简支状态下进行。静载试验时试验梁的浇筑龄期和养护时间已超过28天。混凝土标号根据现场施工和试验记录，混凝土试件强度（28天）达到设计强度等级C50。试验梁预应力钢束：采用Φs15.2 mm高强低松弛钢绞线，标准值fpk=1 860 MPa。

3.1.2 静力荷载试验

静载试验是对试验荷载作用下桥梁结构或构件的内力与变形进行测量，从而对桥梁结构或构件工作状态和工作性能进行检验。桥梁结构不仅受到其本身重量即恒载的作用，同时还受到车辆荷载等活载的作用。静力加载试验是对桥梁结构或构件在活载作用下结构或构件的工作状态与工作性能进行检验，从而确定其承载能力。

对于简支试验梁而言，跨中断面是正弯矩控制断面，本次试验对该单片梁的支点断面、1/4跨断面和跨中断面的挠度值以及跨中断面的应变值进行测试。测试的内容包括：通过实测跨中断面混凝土的应变值与理论值比较，分析该构件的强度是否满足设计要求。实测跨中断面沿梁高度方向各测点应变，总结其变化规律，分析该构件是否处于弹性受力状态并作出评价。实测支点断面的沉降，L/4断面及跨中断面的挠度值，并计算出L/4断面和跨中断面的挠度值。通过实测挠度值与理论挠度值的比较，分析该构件的刚度是否符合设计要求。

图1 桥梁博士T梁三维模型图

（1）试验荷载

本次静载试验的目的是检验该桥单片梁的强度及刚度是否满足设计承载能力要求，所以在进行单片梁荷载试验之前，先使用有限元计算软件桥梁博士进行了结构理论计算，计算模型如图 1所示，计算结果见表2所示，根据计算确定加载方案。试验梁跨中设计弯矩的大小按成桥后使用状态计算。

表2 计算结果表

（2）试验加载采用千斤顶施加集中力进行加载

试验加载原则：

①试验荷载效率η=Sstat/（S×δ）应满足：0.95≤η≤1.05，其中：Sstat为试验荷载作用下检测部位变位或力的计算值；S为设计标准活载作用下变位或力的计算值；δ为设计取用的动力系数。

②为了获取结构试验荷载与变位的相关曲线，以及防止结构意外损伤，试验加载采用分级加载的方式，共分3级加载，1级卸载。每次加载或卸载要求在前一荷载阶段内结构变位相对稳定后，才能进入下一个荷载阶段。一般是选定一个敏感的测点在加载后进行观测，达到稳定后方可进入下一级加载。

本次单片梁试验采用分级加载的方法进行，共分3级递级加到最大荷载。各工况分级加载如表3所示，卸载时一次卸载完毕。加载布置图如图2所示。

表3 分级加载值

图2 加载布置图（单位：m）

（3）测点布置

①挠度测试

挠度测试所用的仪器为机械百分表。在支点、跨中及 L/4跨梁底各布置两台机械百分表，支点处的百分表用于测量临时支座及基础的沉降量。通过各个控制断面的挠度值计算出跨中及 L/4跨处的实际挠度。

试验梁挠度测点布置图如图4所示。

图4 试验梁挠度测点布置图

②应变测试

试验梁体的侧面沿高度方向平均分为4等份，各等分点处布置一个应变测点。试验梁应变测点布置图如图5所示。

图5 试验梁应变测点布置图

3.2 单片T梁静载试验测试及数据分析

图6 百分表的布设

图7 应变片测点布设

单片T梁静载试验检测过程如图6～图9所示。

根据现场情况，加载采用千斤顶加集中荷载，加载总重量为300 kN。加载之前全部测点处的挠度均进行空载值读数，每一级加载后，每间隔5 min读一次数，以便观测结构挠度是否达到稳定状态。所谓稳定状态，是指同一级荷载内，结构在最后5 min内的挠度增量小于前一个5 min内挠度增量的15 %或小于所用量测仪器的最小分辨值，则认为结构变位达到相对稳定。

图8 试验梁加载反力装置

图9 应变测试系统

（1）应变测试结果与分析

在试验荷载作用下，各梁跨中应变见表4所示，试验梁跨中断面在第三级荷载作用下沿梁高方向应变分布图如图10所示。

表4 梁跨中应变测试数据表

由表4可以看出，在各级加载力作用下的实测应变值均小于理论应变值。

图10 跨中断面在第三级荷载作用下沿梁高方向应变分布图

由应变沿梁高分布图上可以看出，试验梁应变沿截面高度呈良好的线性变化，线性相关系数为0.9983，满足平截面假定，也表明试验梁在加载的过程中处于弹性工作状态。

（2）挠度测试结果与分析

在试验荷载作用下，测试梁梁1/4、1/2及3/4挠度见表5所示，各级荷载下挠度变化图如图11

表5 挠度测试数据表

图11 试验梁各级荷载作用下测点挠度变化图

由标中实测数据以及挠度变化图可以看出梁的第三级实测挠度小于理论计算值，卸载后基本恢复，表明结构满足设计要求。

3.3 试验梁承载力评定

按照《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）对试验结果进行评定。

（1）校验系数ζ

静力荷载试验校验系数ζ是试验荷载作用下测点的实测弹性变位或应变值与相应理论计算值的比值。ζ小于1时，代表梁的实际状况要好于理论状况。

本次试验主要测点应变及挠度校验系数及评定见表6所示

表6 校验系数评定表

从上表可以看出，各试验梁主要控制测点的应变校验系数在 0.48～0.55之间、挠度校验系数在0.49～0.51之间，均小于1，说明结构强度、刚度均能满足要求，实际状况好于理论状况。

（2）残余变形评定

实测残余变形（Sp）与实测总变形（St）的比值越小结构就越接近弹性工作状态，主要测点相对残余变位或相对残余应变不应超过20 %。

本次试验主要测点应变、挠度及位移残余值及评定见表7所示。

表7 残余变形评定表

从上表可以看出，各试验梁主要控制测点应变及挠度残余值均小于 20%，满足规范要求，说明在试验过程中结构处于弹性工作状态。

4 结论

根据京昆高速河北省石家庄至冀晋界公路T型试验梁的超声回弹综合法测试混凝土强度以及静力加载试验的结果分析，混凝土强度满足设计要求，试验荷载作用下，所测得试验梁的实测应变值均小于理论应变值，说明试验梁在加载的过程中处于弹性工作状态。试验荷载作用下，所测试验梁应变沿截面高度基本呈线性变化，满足平截面假定，在单片梁试验过程中，未发现梁体有裂缝产生。综上所述，通过上述试验，所测的河北省石家庄至冀晋界公路T型梁的强度及刚度均能满足“公路-Ⅰ级”的设计荷载要求。施工现场根据测试结果将T梁外观进行处理后应用于施工现场，节省了工程资金，排除了安全隐患。

［1］JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范［S］.北京：人民交通出版社，2004

［2］JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2004

［3］JTG/T J21-2011，公路桥梁承载能力检测评定规程［S］.北京：人民交通出版社，2011

Experimental Study on Reinforced Concrete T Beam of Beijing-Kunming Expressway from Shijiazhuang to the Border of Hebei and Shanxi

LI Jun-jun LIU Xun-chen YANG Shi-zhu
（Shijiazhuang Institute of Railway Technology Shijiazhuang Hebei 050041 China）

The strength of reinforced concrete T beams in Beijing-Kunming Expressway from shijiazhuang to the border of Hebei and Shanxi was tested with the ultrasonic-rebound method. A non-destructive static load test for one of the T beams has been done. The results show that the beams are up to specification， and can be used for the construction.

ultrasonic-rebound method static load test strength bearing capacity

中国分类号：TU312A

1673-1816（2016）02-0027-07

2015-11-12

李君君（1982-），男，讲师，河北涿州人，研究方向工程结构施工监测、检测与安全施工技术。