预应力混凝土空心板梁静载试验分析

许红声

摘要：文章介绍了桥梁静载试验的目的与一般程序，并结合预应力混凝土空心板梁工程实例，分析了静载试验方法及其应用情况。

关键词：预应力;混凝土空心板梁;荷载试验;静载试验

This article introduces the purpose and general procedure of bridge static load test，and analyzes the static load test method and its application situation in combination with the prestressed concrete hollow slab beam engineering example.

Prestress;Concrete hollow slab beam;Load test;Static load test

0 引言

当前，我国不少公路、城市桥梁多数采用预应力混凝土空心板梁结构，其设计简单、工艺成熟、造价较低，应用越加广泛。根据桥梁建设与运营情况来看，其建成后需做好相关试验检测工作，确保工程质量满足设计与规范要求;同时桥梁使用过程中难免出现各种损伤，威胁行车安全，需落实试验评定工作，因此需制定科学的桥梁加固方案，切实保证桥梁运营安全、可靠。

1 桥梁荷载试验概述

基于我国交通事业的发展，各种公路、桥梁建设数量持续增加，同时很多早期建成的桥梁逐步进入维修养护阶段。为充分利用现有桥梁，必须要对其使用性能、效果有一个全面的掌握，应通过荷载现场试验检验桥梁质量，记录桥梁应变测试结果，了解桥梁的真实结构响应，以此评定桥梁运营荷载等级和实际使用情况。

根据荷载性质的不同，可将桥梁荷载试验分为两种：（1）静载试验;（2）动载试验。静载试验主要是将静止的荷载作用在桥梁指定位置，主要检测参数包括静力位移、静力应变、裂缝、沉降等，以此判断桥梁的承载力、工作性能。其具体应用情况如图1所示。本文主要围绕其展开具体分析，以实现对桥梁结构的科学评价。

2 预应力混凝土空心板梁静载试验的目的与一般程序

靜载试验是检测桥梁结构工作状态的重要方法之一，本文结合相关实践经验，对预应力混凝土空心板梁荷载试验的目的、内容与一般程序进行简要的归纳分析。

2.1 静载试验的目的

预应力混凝土空心板梁静载试验的目的主要可归纳为：

（1）检验桥梁结构设计、施工质量：桥梁建成后均需进行质量检验，静载试验报告是桥梁质量评价的重要依据之一，用以验证结构的安全性、可靠性。

（2）完善桥梁结构设计方法：基于桥梁事业的发展，各种新材料、新工艺得到了广泛的推广应用，实际作业中难免遇到一些问题，对此必须通过静载试验等方式获得相关的桥梁参数，以此验证设计方法的正确性，或为设计计算、优化提供可靠的数据积累。

（3）明确桥梁结构工作性能，判断是否满足使用条件：时至今日我国建成的桥梁数量已经十分庞大，其中不少早期建成的桥梁在长期运营过程中出现了各种损伤，对于此类桥梁必须落实相关试验检测工作，明确桥梁承载力、使用性能，以此制定合理的限载方案和加固方案。

2.2 静载试验一般程序

桥梁静载试验是一项系统的、复杂的工作，必须根据试验目的做好相关调查工作，制定周密的试验方案，提出可行的试验计划。静载试验主要内容与一般程序如下：

2.2.1 静载试验内容

桥梁静载试验内容如图2所示。

2.2.2 静载试验一般程序

桥梁静载试验主要可分为三大阶段，具体如下：

（1）桥梁考察和方案设计。此阶段是桥梁静载试验开展的必要阶段，其主要工作内容包括：技术资料收集、桥梁现状检查、理论计算、试验方案制定、现场准备等。

①技术资料的收集：包括设计文件、施工文件、监理记录、原始试验资料、桥梁养护与维修记录等;同时还需收集桥梁运营阶段的车流量、重载车辆情况等。

②桥梁外观检查：主要检查对象包括上、下部结构与支座，检查表面裂缝情况、支座老化情况、螺栓松紧度等，以此基本掌握桥梁现状。

③理论计算与分析：理论计算包括内力计算、试验荷载效应计算等。具体如表1所示。重要桥梁需与原设计单位理论计算成果进行对比，确保一致。

④试验方案制定：基于上述分析结果制定静载试验方案，主要包括确定测试内容、设计加载方案与观测方案、选用仪器仪表、配备人员等;若有必要需聘请专家评审，完善静载试验实施细则。

⑤现场试验准备：包括接通电源、搭设脚手架等临时结构、准备安全工具、封闭交通、落实加载用车辆和设备等。

（2）加载与观测。此阶段是静载试验的核心环节，需按预定试验方案、程序落实各项工作，规范使用加载设备、测试仪器，记录好桥梁受力后的各项指标。

①桥梁测点布设：测点不宜过多，要求主要测点的布设可控制结构最大应力（应变）、最大挠度，可同一测点采取不同测试方法校对，确保观测结果的精确性。

②针对部分重要工况，做好预压、试探性试验，消除温度等因素的影响，以更好地达到试验目标。

③及时比较理论值、实测值，判断是否需终止加载，确保试验安全。

（3）资料分析与处理。此阶段是数据综合分析环节，原始试验数据无规律、无条理，需做好数理统计分析、解码处理等工作，过滤温度等非弹性因素的影响，获得更加精确的试验结果，以此做出科学判断。

3 预应力混凝土空心板梁静载试验

3.1 工程概况

本文仅以某桥梁静载试验为例展开分析。此桥梁结构采用的是16 m简支预制预应力空心板梁，共计7跨，每跨横向7片梁，先张法施工，采用C50混凝土。板高、中板宽分别为0.7 m、1.03 m，预应力筋选用高强低松弛钢绞线，“双控”施工;下部结构采用钻孔灌注桩基础，桩径120 cm。如图3所示即为桥梁横截面示意图。

3.2 靜载试验的目的、设备

本项目主要是通过静载试验，检验桥梁受力情况是否满足规范要求，同时通过试验数据的综合分析，对桥梁现状进行总体评价。具体试验设备如表2所示。

3.3 静载试验方法

3.3.1 测点布置

本项目测点布置情况如图4所示。

3.3.2 试验加载

（1）试验荷载效率控制在0.8～1.0;分级加载，4级加载、1级卸载;每一加载工况进行2次，保证数据精确。

（2）加载阶段落实安全监测工作，根据结构控制截面变位、应力情况，及时判断是否需停止加载。

（3）本项目加载采用35 t重车，加载方式见图5。

3.3.3 试验结果与分析

（1）横向分布试验：如图6所示即为实测横向分布影响曲线：曲线圆滑，表明横向连接正常。

（2）截面应变分析：实测时，在受力相对不利的3#～6#梁梁底两侧布置2排应变测点，并开展2次循环加载测试。本次实测卸载残余应变较小，2次加载量测显示残余应变值与第四级应变值之比分别在20%、10%以内，满足要求，截面变形处于弹性工作状态。

（3）抗裂性分析：本项目在3#～6#梁梁底两侧布置5～7个钢弦应变计，相邻距离控制在30 cm，分级加载，测试每级荷载下梁体下缘应变，绘制ε-η关系图（X轴、Y轴分别为荷载效率系数、梁体下缘实测应变）。若是图中出现拐点，则表明此处或是周边存在开裂情况。通过对部分抗裂应变测点实测情况可知，实测应变与荷载效率线性关系良好，截面应变沿截面高度分布的线性相关系数为0.999 1，说明梁体截面变形符合平截面假定，无开裂情况，满足规范要求。

（4）刚度评定：本项目实测第二循环最大级试验荷载下1#～7#、9#梁挠度值，经对比实测值偏小;挠度校验系数为0.341～0.521，基本满足规范要求。根据实测挠度推算1#～7#、9#梁在汽车荷载作用下（不计冲击）的挠度值、挠跨比f/L如表3所示，结构刚度满足规范要求。

4 结语

综上所述，荷载试验在检验桥梁施工质量、运营安全性等方面发挥着巨大的作用。本文主要以静载试验为研究对象展开分析，此项目工作主要包括桥梁考察和方案设计、加载与观测、资料分析与处理三大阶段，实践性较强，要求试验人员必须具备丰富的现场经验，能够将理论计算与实桥检测充分结合，切实获得精确的试验结果，以此指导桥梁安全度判别、加固维修方案的制定，切实发挥桥梁应有的运营效益。

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