公路预制梁静载试验数据统计及分析

李现科 张会川 薛红正

摘 要：本文主要介绍了目前公路预制梁荷载试验方法。以32片预制梁为对象，统计各片梁在不同加载效率下的校验系数。对所有实测数据采用3σ检验法对异常值进行判别。通过分析总体样本绘制的校验系数在不同区间所占比例的分布情况，发现校验系数平均值随加载效率基本呈线性变化，从而总结出荷载试验检验系数的回归公式。

关键词：预制梁;静载试验;数据统计

中图分类号：U446 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）01-0086-03

Statistics and Analysis of Static Load Test Data of Precast Beams

LI Xianke ZHANG Huichuan XUE Hongzheng

（Henan Lite Transportation Engineering Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450052）

Abstract： This paper mainly introduced the current load test methods of prefabricated highway beams. Taking 32 prefabricated beams as objects， the check coefficients of each beam under different loading efficiencies were calculated. 3σ test was used to discriminate abnormal values for all measured data. By analyzing the distribution of the calibration coefficients drawn by the whole sample in different sections， it was found that the average value of the calibration coefficients varies linearly with the loading efficiency， and the regression formula of the test coefficients in load tests was concluded.

Keywords： precast beam;static load test;data statistics

1 研究背景

裝配式预应力混凝土桥梁因构造简单、易于施工、可工厂化生产、成本低的特点而被广泛采用。在交通部颁布的通用图中，有空心板、T梁和预制箱梁，结构形式有简支梁、先简支后连续结构。预制梁静载试验作为一种质量检验手段，可以起到以下作用：①施工质量检验;②承载能力评估。

在公路交通行业，目前还没有针对公路桥梁预制梁静载试验的相关标准，实际工程中一般参照现行的《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21—2011）、《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01—2015）、《预应力混凝土铁路桥简支梁静载弯曲试验方法及评定标准》（TB/T 2092—2003）等技术规范[1]。本文结合预制梁的实际应用，以预应力混凝土预制梁静载试验数据为样本，采用数据统计的方法分析静载试验效率与校验系数的关系。

2 预制梁静载试验

2.1 预制梁静载试验测试内容

测试内容包括（见图1）：①控制截面（L/4截面、L/2截面、3L/4截面、支点）的位移和应变;②桥梁中性轴测试;③裂缝测试。

<F：＼欢欢文件夹＼201904＼河南科技201901＼河南科技（创新驱动）2019年第01期_103595＼Image＼G}W{Y555JGNQLK2M81JTBQV.png>[L/4][L/4][L/4][L/4][中性轴][位移计][应变计]

图1 试验测试内容

2.2 预制梁加载方式

单片预制梁受试验现场条件限制，一般采用跨中单点加载方式，以液压千斤顶装置施力的方法来进行加载[2]。如果现场条件不允许，也可以采取重物堆载等方法来进行加载，如堆置水泥、水箱、预制块件等。试验加载方式如图2所示。

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（创新驱动）2019年第01期_103595＼Image＼%{44～U@7RT`K5IGWH0WZXLX.png>[龙门吊架][反力梁][试验梁][试验跨径][制梁台座][加载千斤顶][龙门吊架][反力梁][加载千斤顶][试验梁][制梁台座][试验支座]

（a） 单点加载方式

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（创新驱动）2019年第01期_103595＼Image＼K8JWJA）～FCE1$3D253GX9Q0.png>[试验跨径][试验梁][制梁台座][重物堆载]

（b） 重物堆载方式

图2 试验加载方式

集中力采用千斤顶加载，千斤顶安放在试验梁跨中断面处的纵轴线上，箱梁顶面用细沙找平，上铺钢板，千斤顶放置在钢板上。

根据试验观测的需要及加载条件，试验荷载分级加载，一般分4～6级加载，然后再分级卸载。

2.3 预制梁静载试验等效计算方法

预制梁静载试验采用等效计算原则，计算内容包括控制荷载效应计算和试验荷载计算。

2.3.1 控制荷载效应计算。受弯构件一般以控制截面的内力或应变进行等效。由于预制梁静载试验时，还有部分预应力损失未完成，因此，采用开裂弯矩作为控制弯矩。第一种是内力等效（一般取跨中弯矩），不考虑施工过程，以成桥状态为建模背景，铰缝、现浇层、护栏、铺装等二期恒载和车道荷载作用于预制梁结构（以下称小梁）上;第二种是应力等效（一般取跨中梁底应力），考虑施工过程，分别以预制状态和成桥状态为背景[3]。

根据静载试验的目的，控制值计算可按承载能力极限状态和正常使用极限状态计算控制荷载效应，一般按自重、汽车荷载和二期恒载进行组合。可通过空间整桥计算和平面计算方式建立计算模型，平面计算时，按荷载横向分布系数计算。对于先简支后连续结构，考虑施工过程，进行分阶段计算。

2.3.2 控制荷载效应计算。根据现场试验的布置方式，计算静载试验时的加载控制值。进行现场试验时，预制梁一般是简支梁结构状态，采用跨中单点或两点加载方式[4]。

3 预制梁荷载试验数据分析

为了分析加载效率与校验系数的关系，笔者以32片预制梁为研究对象，统计不同加载效率下的校验系数，共计测点1 086个。预制梁类型、数量及测点数详见表1。

表1 常见桥梁结构试验校验系数常值表

[截面形式 跨径/m 梁数 位移测点数 应变测点数 空心板 13 3 54 54 16 4 72 72 20 5 81 81 箱梁 20 2 36 36 25 7 126 126 30 7 120 120 40 4 54 54 合计 32 543 543 ]

3.1 装配式预制梁荷载试验实测值范围统计

在工程实践中，笔者采用数据统计的方法对32片预应力混凝土预制梁静载试验的数据进行分析。位移实测特征值详见表2，应变的实测特征值详见表3。

表2 预制梁位移实测值范围统计

[截面类型 实测最大值 实测最小值 实测平均值 实测标准差 13m空心板 3.706 3.625 3.677 0.045 16m空心板 5.315 4.799 5.115 0.234 20m空心板 8.320 7.514 8.097 0.344 20m箱梁 4.064 4.032 4.048 0.023 25m箱梁 10.101 5.414 7.626 1.505 30m箱梁 13.842 6.681 10.201 2.389 40m箱梁 15.032 11.427 14.067 1.763 ]

表3 预制梁应变实测值范围统计

[截面类型 实测最大值 实测最小值 实测平均值 实测标准差 13m空心板 114.1 98.3 103.7 9.0 16m空心板 123.8 99.4 115.0 11.2 20m空心板 118.4 99.9 110.0 7.8 20m箱梁 103.8 101.6 102.7 1.6 25m箱梁 182.1 95.6 134.0 30.7 30m箱梁 173.1 106.1 142.0 24.2 40m箱梁 165.6 79.4 137.7 39.5 ]

3.2 装配式预制梁荷载试验校验系数分布

在对实测数据进行统计分析前，首先采用3σ检验法对所有实测数据进行异常值判别，最后共得到有效数据1 080条，其中应变校验系数537个、位移校验系数543个。根据总体样本绘制的校验系数在不同区间所占比例的分布情况如图3所示。

3.3 不同加载效率下校验系数分析

计算所有测点的校验系数，在同一加载效率下，统计测点的数量，同时计算平均校验系数，结果见表4。

<F：＼欢欢文件夹＼201904＼河南科技201901＼河南科技（创新驱动）2019年第01期_103595＼Image＼MOE2MAB5`SUZQ6OZ`6EE%[7.png>[0.50

0.45

0.40

0.35

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

0.00][分布概率][0.0       0.1     0.2    0.3      0.4     ;0.5     0.6      0.7     0.8    0.9     1.0][校验系数][位移][应变]

图3 预制梁校验系数分布

表4 加载效率与校验系数的统计数据表

[加载效率/% 测点数量 位移校验系数 应变校验系数 0.35 15 0.66 0.61 0.40 81 0.63 0.54 0.50 15 0.67 0.60 0.60 81 0.67 0.59 0.65 6 0.75 0.60 0.70 9 0.64 0.60 0.80 81 0.69 0.61 0.85 6 0.67 0.66 0.90 33 0.66 0.59 0.95 6 0.70 0.69 1.00 96 0.70 0.64 1.05 48 0.70 0.60 1.10 33 0.68 0.65 1.20 33 0.70 0.65 ]

從表4可以看出，校验系数平均值随加载效率基本呈线性变化（见图4）。位移、应变检验系数的回归公式为：

[ζW=0.049ηq+0.642 2]                          （1）

[ζy=0.085 6ηqy+0.548 5]                       （2）

<F：＼欢欢文件夹＼201904＼河南科技201901＼河南科技（创新驱动）2019年第01期_103595＼Image＼}D25$CV@A$]T8O$ZMU{483T.png>[y=0.049x+0.642 2][y=0.085 6x+0.548 5][预制梁校验系数随加载效率的变化关系][1.00

0.80

0.60

0.40

0.20

0.00][校验系数][0.2         0.4          0.6         0.8           1          1.2          1.4][加载效率][位移][应变]

图4 预制梁校验系数与加载效率变化图

4 结论

本文结合预制梁在实践中的应用，以预应力混凝土预制梁静载试验数据为样本，采用数据统计的方法分析静载试验效率与校验系数的关系。通过对32片预制梁的荷载试验结果进行统计分析，发现校验系数平均值随加载效率基本呈线性变化，并总结出荷载试验检验系数的回归公式。

参考文献：

[1]王光煜，于春江，叶见曙，等.预应力混凝土梁板静载试验的等效弯矩法[C]//中国公路学会桥梁和结构工程学会全国桥梁学术会议.2002.

[2]胡志强，高庆飞.预应力混凝土预制梁的静载试验及分析[J].低温建筑技术，2011（6）：63-65.

[3]崔海丽.预制小箱梁单梁静载试验研究[J].城市道桥与防洪，2016（8）：137-139.

[4]周叶飞，曾明杰.预制小箱梁单梁静载试验及承载能力评定分析[J].中外公路，2015（2）：142-146.