PC简支转连续T梁桥单梁静载试验研究

作者简介：

陆振盛（1978—），高级工程师，主要从事道路桥梁技术管理方面的工作。

摘要：文章以某省道新建预应力混凝土简支转连续T梁桥为研究背景，在T梁预制场随机选取一片T梁进行静载试验，通过分级加载测试T梁各截面的挠度、应变数据，结合有限元模型计算的理论值与实测数据进行对比分析，验证预制T梁的承载能力及工作性能。结果表明，试验T梁的刚度、强度、抗裂性均满足设计要求，工作性能良好，可用于实际工程。

关键词：预应力混凝土T梁;静载试验;挠度;应变;承载能力

中国分类号：U446.1A371353

0 引言

PC简支转连续T梁桥是我国近年来桥梁建设中较为常用的结构形式，因其既具有简支梁桥的特点又有连续梁桥的优勢，施工技术成熟，工程造价低[1]。为了保证新建的PC简支转连续T梁桥的施工质量，增加桥梁的使用寿命，在T梁预后安装前，通常采用单梁荷载试验的方式来验证T梁的承载能力是否满足设计要求[2]。本文以某省道新建PC简支转连续T梁桥为研究背景，在T梁预制场随机选取一片T梁进行单梁荷载试验，为PC简支转连续T梁桥的后续施工及运营提供参考依据。

1 工程概况

某省道新建桥梁采用一联5×40 m预应力混凝土T梁，先简支后连续结构，桥梁全长207.96 m。桥面全宽12.75 m，横向布置为：0.5 m（防撞墙）+11.75 m（行车道）+0.5 m（防撞墙），采用沥青混凝土铺筑。设计荷载为公路Ⅰ级。下部结构桥台采用柱式台，桥墩采用柱式墩，墩台基础采用桩基础。上部结构采用C50混凝土，下部结构除桩基础、系梁、承台采用C30混凝土外，其余均采用C40混凝土。桥梁立面布置如图1所示。

2 T梁静载试验方案

2.1 试验内容

为确保工程的施工质量，保证桥梁上部结构在使用过程中具有足够的承载力，在预应力混凝土T梁预制场随机选取一片T梁进行静载试验，验证预制T梁的刚度、强度、抗裂性是否满足设计要求。本次单梁静载试验主要测试预制T梁各截面的挠度、应变、抗裂性等性能[3-5]。

2.2 控制截面及试验荷载的确定

运用桥梁有限元分析软件建立预应力混凝土简支转连续T梁桥单梁有限元模型，采用梁单元模拟。本次建立的单梁模型共有40个单元，41个节点。单梁有限元模型如图2所示。根据有限元软件计算结果可以得出位于跨中位置处为静载试验的控制截面[6]。为保证试验准确可靠，本次加载共分5级加载，分别为117.6 kN、235.2 kN、352.8 kN、470.4 kN、588 kN。控制截面位置处的试验内力及荷载效率计算结果如表1所示。

2.3 测点布置

在预制T梁的L/4、L/2、L3/4处截面梁底均布设挠度及应变的测点，同时对跨中腹板布置3个测点测试沿梁高的应变变化情况。测点布置如图3所示。在加载前后注意观察T梁的腹板、翼缘板、梁底是否有裂缝产生，若有裂缝产生，则用裂缝观测仪观测各级加载情况下裂缝的变化情况[7]。

2.4 加载过程

试验采用MTS多通道结构动态测试系统进行加载，采用跨中对称加载方式，加载时应保证荷载均匀传递到预制T梁且不出现偏心受压的现象。将作动器安置在分配梁正中，分配梁通过激光测距仪及尺量工具准确放在预制T梁的加载位置。试验加载如图4所示。

试验采用双点式分级加载，分配梁之间的间距为2 000 mm。在正式加载前为了保证试验的安全及准确进行预加载，待预加载结束后，卸载至0 kN开始正式加载。本次试验加载分别按试验荷载的20%、40%、60%、80%、100%进行分级加载，每级加载结束时记录各测点挠度及应变的数据[8]，然后进行逐级卸载，记录挠度及应变的数值。

3 试验结果分析

3.1 挠度测试分析

通过对T梁各截面挠度进行测试，得到试验结果如表2、表3所示。

由表2、表3可知，在各级荷载作用下预制T梁的各测点位置挠度校验系数在0.91～0.92之间，符合规范中预应力混凝土梁桥校验系数<1的规定。最大相对残余变形为6.83%，<20%，满足《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01-2015）的相关要求。通过对预制T梁的单梁静载试验挠度测试结果可以看出，该片T梁的刚度较好，恢复变形能力较强。

3.2 应变测试分析

通过对T梁各截面梁底应变进行测试，得到试验结果如表4～6所示。

由表4、表5可知，在各级荷载作用下预制T梁的各测点位置应变校验系数在0.84～0.92之间，符合规范中预应力混凝土梁桥校验系数<1的规定。最大相对残余变形为10.04%，<20%，满足《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01-2015）的相关要求[8]。通过对预制T梁的单梁静载试验应变测试结果可以看出，该桥结构受力情况较好，卸载后具有较好的弹性恢复能力。由表6可知，在各级荷载作用下沿梁高位置各测点的应变实测值基本呈线形分布，符合平截面假定，实测中性轴位置与计算位置基本相符。

3.3 裂缝观测分析

在静载试验前、试验中及试验后均对T梁的外观病害进行了检查，重点检查是否有裂缝出现。试验前、试验中及试验后对T梁的腹板、底板、翼缘板分别进行了检查，均未发现裂缝出现，说明该T梁在荷载作用下，不会产生裂缝，满足抗裂性要求，具有一定的安全储备，可应用于实际工程中。

4 结语

本文通过对预应力混凝土简支转连续T梁桥的单梁静载试验，针对试验梁的挠度、应变的实测值和理论值进行了比较，得到以下主要结论：

（1）T梁各测试截面在各级荷载作用下的实测挠度值均小于相应的理论计算值，且各测点的挠度校验系数在0.91～0.92范围内，相对残余变形在5.79%～6.83%范围内，均满足规范要求，表明该T梁的竖向刚度满足要求且具有较好的恢复变形能力。

（2）T梁各测试截面在各级荷载作用下的实测混凝土应变均小于相应的理论计算值，且各测点的应变校验系数在0.84～0.92范围内，相对残余变形在5.05%～10.04%范围内，均满足规范要求，表明T梁的各截面强度满足设计要求且卸载后有较好的弹性恢复能力。

（3）T梁在加载过程中，均未发现有裂缝产生。通过对该试验梁单梁静载试验结果及试验现象的综合分析可以得知，试验梁的刚度、强度及抗裂性均满足设计要求，该预制T梁可应用于实际工程中。

参考文献：

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[2]安 燃.简支T梁桥荷载试验方法研究[D].长春：吉林大学，2013.

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[8]苗建宝，冯 威，许 冰.体外预应力加固混凝土梁延性分析与试验研究[J].世界桥梁，2019，47（3）：76-80.

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