预应力混凝土T梁单梁荷载试验设计及应用

李雄辉，秦生龙，张亚军

(浙江交工集团股份有限公司，浙江 杭州 311103)

0 前 言

单梁荷载试验是验证预制梁片承载力最直接有效的方法，正确计算单梁的设计荷载，通过试验设计，加载试验荷载，通过测量梁体在试验荷载下的挠度值和应力值，对比理论值，验证试验校验系数，从而确定预制梁片承载力是否满足要求，验证预制T梁是否合格。

1 试验方案设计

1.1 结构参数及试验原则

本文拟对高速公路常用的30 m预制T梁进行单梁荷载试验方案设计，以路基宽度为25.5 m的分离式路基为代表，以交通部颁发的先简支后连续T梁标准图的设计梁片为试验对象，其桥梁标准断面简图如图1所示。其中，梁片设计参数为：①跨径：30 m；②单幅桥梁片数：6片；③梁间距：2.417 m；④预制梁长：边跨：29.57 m；中跨：29.30 m；⑤预制梁高：2.0 m；⑥设计安全等级：一级。

图1 桥梁标准断面(单位：cm)

荷载试验应遵循如下原则。

1)在满足评定桥梁承载能力的前提下，加载试验项目应抓住重点，不宜过多，一般选取2～3个主要内力控制截面。

2)采用各控制截面内力、各控制点变形等效的原则，计算试验的实际加载大小和布载位置。

3)荷载效率系数不宜过小，否则不能反映出主梁在设计荷载下的工作性能，同时也不宜过大以防结构局部损坏。实际荷载试验时，试验效率系数控制在0.85～1.05，同时注意相应的其他响应值也不超限。

试验采用的主要设备仪器有：①静态应变测试系统；②大量程百分表，量程0～50 mm，分辨率±0.01 mm；③裂缝测宽仪；④其他辅助设备等。

1.2 理论值计算

1.2.1 横向分布系数计算

采用刚接板梁法计算T梁的横向分布系数，计算跨中横向分布影响线结果如表1所示，横向分布系数计算结果如表2所示。

表1 30 m装配式T梁横向分布影响线计算结果表

表2 30 m装配式T梁横向分布系数计算结果表

选取试验梁片为中跨4#梁，横向分布系数为0.447。

1.2.2 试验荷载效率及载位布置

二期荷载：按8 cm的水泥混凝土铺装层+12 cm的沥青铺装层+2个防撞护栏计算，并假定重量由7片T梁均布承担，经计算各T梁在二期荷载及汽车荷载作用下的荷载效应及相应的荷载效率。

q=(0.1×24×16.5+0.08×26×15.5+0.32×26×2)/7=12.66 kN/m

经计算，荷载试验方案确定由公路-Ⅰ级设计荷载和二期荷载控制，由此计算得到荷载效率如表3所示。

表3 试验主要工况荷载效率

采用堆载钢筋的方式进行加载(每捆钢筋的重量为2.7吨，长度为9 m)。试验时分别在试验T梁的1/4截面、跨中截面、3/4截面底部和腹板贴电阻应变片，用DH3819静态应变测试系统测量加载过程中的应变的变化情况；在T梁的1/4截面、跨中、3/4截面以及支座处设有百分表来测量T梁的挠度变化情况。同时在加载过程中，随时观察T梁表面可能出现的裂缝情况。

试验加载装置及测点布置如图2～3所示。

图2 测点布置及加载示意图(单位：cm)

图3 各截面应变测点布置示意图(单位：cm)

1.3 理论值计算

计算一捆钢筋在设计布载位置内加载时T梁的挠度及应力如表4所示，多级加载数据通过加载钢筋捆数，累计叠加获得。

表4 挠度应变理论计算值(1捆钢筋)

2 试验过程

根据设计试验方案进行现场布点并安装仪器设备，具体如图4所示。

(a)应变测点打磨

根据现场试验条件，选择与试验设计中加载荷载相近的堆载物，由于现场缺少已加工成捆的条形钢筋，选择盘形钢筋进行加载，所用加载盘形钢筋数量必须与试验设计重量一致。

根据试验加载(见图5)，计算各级加载荷载如表5所示。

图5 加载试验荷载

表5 实际重物加载表

3 试验数据及分析

通过百分表及应变系统，采集各级加载下试验梁片的挠度及应变，具体采集数据如表6所示,4#梁三级加载纵向挠度曲线见图6。

图6 4#梁三级加载纵向挠度曲线

表6 挠度数据

对现场应变测试结果进行分析整理，试验梁应变测试结果以及对应校验系数见表7。从实测结果来看，各加载工况T梁截面应变校验系数均满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG /T J21—2011)中小于1的要求。

表7 应变数据

4 结 论

根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21—2011)规定，荷载试验加载时控制截面测点的应变、挠度校验系数ζ不大于1；主要控制测点的相对残余应变和相对残余挠度不大于20%。4#T梁的应变校验系数为0.47～0.76，挠度校验系数为0.58～0.75，该T梁的应变、挠度校验系数均小于1，表明该T梁结构刚度、强度满足规范要求。静载试验实测数据结果表明实测相对残余应变、相对残余挠度均小于20%，在《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21—2011)规定的范围内，说明结构具有较好的线弹性状态。综上所述：4#T梁结构刚度、强度均满足设计活载标准(公路-I级)正常使用要求。

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