预应力混凝土小箱梁单梁静载试验研究

秦飞 QIN Fei

（辽宁省交通规划设计院有限责任公司，沈阳 110111）

0 引言

随着我国交通建设的高速发展，公路里程逐年增加，桥梁数量增长较快，结构形式也越来越多。我国常见的小跨径桥梁结构形式主要有钢筋混凝土整体现浇板、预应力混凝土空心板梁、T 型梁、小箱梁、工字组合梁等，而预应力混凝土小箱梁因其建筑高度低、施工方便快捷、经济性好且外形美观等优点而得到广泛应用。为保证预应力混凝土小箱梁施工质量并节约工程建设费用，目前，通常在预制厂将梁板预制成型，之后运至桥位，现场吊装并架设完成。为验证桥梁施工质量、保证桥梁结构承载能力满足设计要求、保证梁板架设完成后运营使用安全，通常需要在梁板架设前进行桥梁承载能力评定。目前，常用的桥梁承载能力评定手段主要是理论评价分析、整桥荷载试验、单梁荷载试验、缩尺模型梁试验等[1-9]。单梁荷载试验可有效评价单个构件的真实受力状况。本文主要基于某一级公路建设的实际桥梁工程，通过对项目中采用的预应力混凝土箱梁进行静力加载试验，以期为同类型新建桥梁设计和运营期桥梁的维修养护提供参考和借鉴。

1 工程概况

本文试验研究所用2 片装配式预应力混凝土小箱梁为某一级公路上的一座跨径5×20m 大桥的上部结构梁板。桥梁交角为90°，每孔4 片箱梁，桥面净宽为11m，左右两侧各设置0.50m 宽的防撞墙。桥面铺装采用100mm 水泥混凝土铺装+50mm 厚沥青混凝土铺装。下部结构为钢筋混凝土柱式墩台，基础均为钻孔灌注桩基础。桥梁设计荷载等级为公路-I 级荷载。桥梁设计安全等级为一级。

2 静载试验

2.1 试验加载方案

本次针对2 片20m 小箱梁进行单梁静力加载，试验梁编号分别为1 号、2 号小箱梁。采用加载荷载和设计荷载产生的内力进行等效的原则对预应力混凝土小箱梁进行单梁荷载试验加载测试。加载时采用现场既有预制实心板及钢绞线进行加载。试验加载前进行预加载一次，在跨中附近采用集中力进行两点加载。每片试验梁正式加载采用跨中最大弯矩工况，每片试验梁均分为4 级荷载加载，加载分级布置见图1。

2.2 试验量测内容

1 号、2 号小箱梁位移测点均设置6 个，分别测试跨中及支点位移，试验过程中采用HY-65F050 数码位移计测量。1 号、2 号小箱梁跨中截面左侧、右侧各设置3 个混凝土应变测点，每片试验梁共6 个混凝土应变测点，试验过程中采用混凝土应变计测量。试验过程中随时观察加载过程中是否有裂缝出现，若有裂缝则采用PTS-40 型裂缝测试仪观测的裂缝宽度，记录不同荷载等级的裂缝的位置、宽度、长度和发展趋势。1 号、2 号小箱梁位移及应变测点布置见图2～图3。

图2 1 号、2 号小箱梁位移、应变测点布置平面图（单位：mm）

图3 1 号、2 号小箱梁跨中位移、应变测点布置断面图（单位：mm）

2.3 试验荷载效率

本次对第1 号、2 号小箱梁进行单梁静载试验，2 片试验梁的加载重量保持一致，由于实际加载位置及加载时支撑位置的变化，加载效应不一致，试验效率略有不同。1号、2 号小箱梁试验荷载效率见表1。从表中数据可以看出，1 号、2 号小箱梁的静载试验效率分别为1.00、1.02，符合《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01—2015）要求。

表1 静载试验效率计算表

3 试验结果分析

3.1 挠度测试结果分析

1 号、2 号小箱梁在各级试验荷载作用下，跨中截面测点挠度实测值与计算值，见表2。由表中数据可知，在1.00～1.02 倍公路—Ⅰ级荷载作用下，1 号、2 号小箱梁主要测点挠度校验系数最大值为0.91，校验系数小于1.0，表明构件实际状况好于理论状况，结构刚度满足设计要求。1号、2 号梁残余变位最大值为17.9%，残余变位均小于20%，表明结构总体处于弹性变形状态。

表2 20m 小箱梁挠度校验系数计算表

3.2 混凝土应变测试结果分析

1 号、2 号小箱梁在各级试验荷载作用下，跨中截面测点混凝土应变实测值与计算值分别如表3 和表4 所示。由表中数据可以看出，在1.00～1.02 倍公路—Ⅰ级荷载作用下，1 号、2 号小箱梁主要测点混凝土应变校验系数最大值为0.96，表明构件实际状况好于理论状况，结构强度满足设计要求。1 号、2 号小箱梁残余应变最大值为15.63%，残余应变均小于20%，表明结构总体处于弹性变形状态。

表3 1 号小箱梁跨中截面应变测试结果（με）

表4 2 号小箱梁跨中截面应变测试结果（με）

4 结论

本文通过对某公路实际桥梁预制的2 片20m 跨径预应力混凝土小箱梁进行单梁静载试验并进行了相应的试验分析，得到如下结论：

①在1.00～1.02 倍公路—Ⅰ级荷载作用下，1 号、2 号小箱梁主要测点挠度校验系数最大值为0.91，校验系数小于1.0，表明构件实际状况好于理论状况，结构刚度满足设计要求。1 号、2 号梁残余变位最大值为17.9%，残余变位均小于20%，表明结构总体处于弹性变形状态。

②在1.00～1.02 倍公路—Ⅰ级荷载作用下，1 号、2 号小箱梁主要测点混凝土应变校验系数最大值为0.96，表明构件实际状况好于理论状况，结构强度满足设计要求。1号、2 号小箱梁残余应变最大值为15.63%，残余应变均小于20%，表明结构总体处于弹性变形状态。

③在1.00～1.02 倍公路—Ⅰ级荷载作用下，1 号、2 号小箱梁未发现开裂现象，结构抗裂性能满足设计要求。

④研究结果真实的反应了预应力混凝土小箱梁的受力性能、承载能力，可为同类型新建桥梁的优化设计和运营期桥梁维修养护提供技术依据。