缺陷修复后的40mT梁承载能力评定

张会川　薛红正　李现科

摘 要：荷载试验是测定桥梁结构设计与施工质量的有效方法，可以验证桥梁结构理论与设计方法，检测和判断桥梁结构的实际承载能力。本文通过静载试验，对缺陷修复后的40 m T梁进行了承载能力评定。试验结果表明，主梁的缺陷修复不影响该梁的总体承载能力，该梁承载能力满足正常使用的设计要求。

关键词：荷载试验;承载能力;T梁;缺陷修复

中图分类号：U441文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）14-0106-04

Evaluation of Bearing Capacity of 40 m T Beam after Defect Repair

ZHANG Huichuan XUE Hongzheng LI Xianke

（Henan Lite Transportation Engineering Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450015）

Abstract： Load test is an effective method to determine the design and construction quality of bridge structures， which can verify the theory and design methods of bridge structures， and detect and judge the actual bearing capacity of bridge structures. In this paper， through the static load test， the bearing capacity of the 40 m T beam after defect repair was evaluated. The test results show that the defect repair of the main beam does not affect the overall bearing capacity of the beam， which meets the design requirements for normal use.

Keywords： load test;bearing capacity;T beam;defect repair

桥梁荷载试验的目的是通过加載试验，记录桥梁在荷载作用下的结构反应，为桥梁结构技术状况及承载能力评定和日后养护、维修、加固的决策提供科学依据和支持。梁荷载试验是一种通过施加荷载对桥梁结构或构件的静、动力特性进行现场试验的检测方法[1]，一般包括静载试验和动载试验。静载试验是通过在桥梁结构上施加与控制荷载等效的静态外加荷载，利用检测仪器设备测试桥梁结构控制部位与控制截面的力学效应的现场试验。动载试验是测试桥梁结构或构件在动荷载激振和环境荷载作用下的受迫振动特性和自振特性的现场试验。荷载试验是测定桥梁结构设计与施工质量的有效方法，可以验证桥梁结构理论与设计方法，判断桥梁结构的实际承载能力;当对结构承载能力不确定时，可采用荷载试验的方法进行检测评定。

1 工况概况

某大桥上部结构为1×40 m装配式预应力混凝土简支T梁，桥梁设计荷载为公路-Ⅰ级。全桥横向由6片T梁组成，混凝土设计强度等级为C50，T梁标准横断面如图1所示。在梁的预制过程中，人们发现，该桥4#梁[L4]截面附近因漏振导致混凝土空洞露筋，后对该处进行修补。为了检测该梁正常使用承载能力是否满足设计要求，对该桥4#梁进行静载试验，测定试验梁的静力应变和挠度效应，并与理论计算值进行对比，以评定该梁的承载能力。

2 静载试验加载方案

2.1 试验内容与测点布置

试验主要选择控制截面测试结构的应变和位移，如图2所示，选择预制T梁三个控制截面（[L4]、[L2]和[3L/4]截面）作为试验控制断面，布置位移和应变传感器。由于该试验梁已架设于桥上，0#台处梁底净空很小，该端支座截面无法布置位移计，故只能在1#台支点截面位置处布置位移计以测试试验荷载作用下的支点沉降。混凝土应变计和位移计测点布置如图3所示，全梁截面实际共布置数码应变计18个、数码位移计8个。

2.2 试验荷载与加载方式

利用桥梁有限元分析软件Midas/Civil程序，采用梁格法，对整体进行分析，设计荷载为公路-Ⅰ级。测试梁为该桥4#T梁，4#梁跨中截面性质为：[IT]=0.025 34 m4，[I]=0.825 0 m4，[y中]=1.399 m，[A]=1.316 8 m2;计算跨径为[L]=38.6 m，梁高为2.5 m。混凝土弹性模量[Ec]=3.45×104MPa。按2车道考虑车辆活载，可以计算出（4#中梁），汽车活载的最大横向分配系数为0.391，冲击系数[μ]=0.195。二期恒载计入桥面铺装、护栏、湿接缝等荷载，按每片梁均分二期恒载，计算每片梁的二期线荷载为12.48 kN/m。车道活载为公路-Ⅰ级：集中力为314.4 kN，均布荷载为10.5 kN/m，考虑冲击系数。经计算，跨中[L2]截面控制弯矩为4 185.70 kN·m，最大位移为-18.801 mm。

单梁荷载试验在简支梁模式下加载，受现场条件限制，采用单点加载，试验加载方式如图4所示。按照规范要求，加载效率应保持在0.95～1.05。根据跨中截面影响线，按照试验荷载布置进行加载，单点加载力[P]=4 185.70×4/38.6=433.75 kN，控制加载效率为1.0。集中力采用千斤顶加载，在[L2]处试验梁顶面用细沙找平，上铺钢板，千斤顶放置在钢板上，正对T梁中心位置。用另外一片40 m T梁作为千斤顶施加荷载的反力支承点，千斤顶上面垫钢板，依靠T梁的自重提供千斤顶的反力。

（a） 试验加载侧面图

（b） 试验加载正面图

2.3 试验仪器与测试方法

试验混凝土应变采用HY65数码应变传感器及数据自动采集系统，混凝土应变计为测试元件，测试范围为（-1 500～+1 500）με，最小读数为0.1 με，进行自动采样，自动记录附加人工记录。支点沉降和挠度采用量程为50 mm的HY65数码位移传感器作为测试元件，进行自动采样，自动记录附加人工记录。集中力[P0]加载采用油压千斤顶，电动油泵加压，人工通过标定过的压力表控制加载和卸载。在试验过程中，每施加一级荷载稳定5 min后读数，之后每间隔5 min读数一次，待最后一个5 min读数的变化量小于前一个的5 min增量的25%时，认为已相对稳定，即可施加下一级荷载，直至荷载达到最大试验荷载，卸载也是如此，试验荷载分级加载如表1所示。

试验过程中发生下列情况之一时，即终止试验：荷载达到预定的最大荷载;加载梁出现较大位移，有可能发生安全问题;加载设备出现异常情况;测试元件出现异常;出现其他影响试验继续正常进行的情况。

3 试验结果与分析

3.1 位移测试结果与分析

位移测点在各级加载下的位移测试值汇总结果如表2所示。表中，位移符号定义如下：下挠为负，上拱为正。各控制截面对支座沉降修正后，实测位移、理论值和校验系数如表2所示。在试验荷载作用下，该梁各测点的挠度校验系数保持在0.48～0.64，最大挠度校验系数为0.64，小于《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21—2011）中规定的限值1.0[2]，表明该梁刚度满足设计要求;该梁相对残余变位最大值为6.62%，小于规定的限值20%，说明该梁在试验荷载下处于弹性工作状态。

在各级荷载作用下，主梁荷载-位移曲线如图5所示，此时，位移曲线形状与理论位移曲线形状基本一致，受荷载变化规律影响，[L4]、[L2]和[3L/4]截面的位移与理论值基本符合;在最大荷載作用下，全梁荷载-位移曲线呈中心对称，呈抛物线形，符合弹性理论计算的结果，说明该梁在试验荷载作用下处于弹性状态。

3.2 应变测试结果与分析

取试验荷载下[L4]、[L2]和[3L/4]截面底板下缘2个应变实测值的平均值与计算理论值比较，计算其校验系数，结果如表3所示。该梁测试截面各测点的应变校验系数范围为0.64～0.72，小于《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21—2011）中规定的限值1.0，表明结构强度满足设计要求。该梁应变相对残余比最大值为7.30%，小于规定的限值20%，说明该梁在试验荷载下处于弹性工作状态。

3.3 中性轴测试结果

根据[L2]截面混凝土应变，推算[L2]截面梁的中性轴位置，如图6所示。由图6可知，中性轴位于1.3～1.5 m区间，与理论计算中性轴位置1.399 m基本相符。

3.4 裂缝及病害观测

在T梁静载试验过程中，观测关键截面和关键位置裂缝开展情况，试验过程中未发现裂缝开展现象;对[L4]截面混凝土空洞露筋修复区域进行重点观察，修复区域未见病害开展;试验加载过程中，结果稳定，未见异常现象，试验加载过程安全[3-4]。

4 结论

荷载试验是测定桥梁结构设计与施工质量的有效方法，不尽可以验证桥梁结构理论与设计方法，还可以检测和判断桥梁结构的实际承载能力。本文通过静载试验对缺陷修复后的40 m T梁进行了承载能力评定，试验结果表明：在试验荷载作用下，该梁的位移曲线形状与理论位移曲线形状基本符合，位移校验系数介于0.48～0.64，小于1.0，说明该梁刚度满足设计要求;在试验荷载作用下，该梁各控制截面测点的应变校验系数介于0.64～0.72，小于1.0，说明该梁强度满足设计要求;该梁位移相对残余比、应变相对残余比最大值均不超过20%，说明该梁在试验荷载下处于弹性工作状态。本次试验实测数据的分析结果表明，主梁的缺陷修复不影响该梁的总体承载能力，该梁承载能力满足正常使用的设计要求。

参考文献：

[1]交通运输部.公路桥梁荷载试验规程：JTG/T J21-01—2015[S].北京：人民交通出版社，2015.

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

[3]交通运输部.公路桥涵设计通用规范：JTG D60—2015[S].北京：人民交通出版社，2015.

[4]田园，于建洋，鲍琪祥.公路桥梁荷载试验过程控制要点分析[J].交通世界，2019（19）：108-109.