基于静载试验的单梁承载能力评定分析

黎力设 梁金志 林本虎

摘  要：预制梁桥占据我国桥梁数量的极大比重，故而预制梁片质量的重要性不言而喻。该文以某预制梁桥的边梁为试验对象，通过静载试验对其进行应变、挠度等参数的测试及分析，从而评定其承载能力。结果表明，试验梁测试截面应变、挠度校验系数均小于1.0，其强度和刚度满足承载能力要求；试验梁相对残余应变、挠度均小于20%，试验梁处于弹性工作范围内；采用静载试验的方法可对单梁构件进行较为准确的承载能力评定，试验结果可为同类型构件的承载能力评定提供参考。

关键词：静载试验；单梁构件；承载能力评定；预制桥梁；截面应变

中图分类号：U446.1      文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）14-0054-04

Abstract： Precast-girder bridges account for a large proportion of the number of bridges in our country， so the importance of the quality of precast girders is self-evident. In this paper， the side beam of a precast-girder bridge is taken as the object of the test， and its strain， deflection and other parameters are tested and analyzed by static load test， so as to evaluate its bearing capacity. The results show that the section strain and thecalibration coefficients of the deflection of the test beam are less than 1.0， and its strength and stiffness meet the requirements of bearing capacity; the relative residual strain and deflection of the test beam are less than 20%， and the test beam is within the elastic working range; the static load test method can be used to evaluate the bearing capacity of single beam members more accurately， and the test results can provide reference for the evaluation of bearing capacity of the same type of members.

Keywords： static load test; single beam member; bearing capacity evaluation; precast-girder bridge; section strain

随着交通行业的快速发展，我国的桥梁建设数量也在逐年增加[1]。新建的桥梁当中，梁式桥占据了极大的比重，而梁式桥当中预制梁桥又占了大部分比例[2]，预制梁桥的施工是公路工程项目中的重点，每一个公路建设项目的预制梁场每天都有大桥梁片产出。正是由于生产的梁片过多，其中难以避免会存在质量问题，如有的预制梁在养护过程当中因养护不当产生裂缝，或者梁片在吊装过程当中发生了磕碰而导致外观损伤等。产生这些质量问题之后不免会让桥梁建设人员对梁片的承载能力产生怀疑，此时则需要对单梁构件的承载能力进行评定。为此，很多的专家、学者及工程技术人员都对单梁承载能力评定进行了相关的理论及试验研究，取得了许多具有工程指导意义的成果。李雄辉等[3]通过对高速公路中常使用到的30 m预制T梁进行静载试验，验证了梁片的承载能力可满足相关规范要求。江京翼等[4]通过对某预制PC小箱梁进行静载试验，提出了结合裂缝情况及实测位移與其理论值的相关度进行综合评定的方法，对梁体的使用性能和承载能力进行综合评判。

由上述分析及研究成果可知，对单梁的承载能力进行评定，静载试验是最直接、最有效的方法，各专家学者的评定均是基于静载试验来进行的。基于此，本文以某预制小箱梁为试验对象，采用静载试验来评定其承载能力，试验结果可为同类型单梁的承载能力评定提供参考。

1  试验梁概况

某桥梁上部结构采用3×（4×30 m）+（5×30 m）预应力砼先简支后结构连续小箱梁，每跨横向布置4片梁，梁高1.75 m，中梁宽2.40 m，边梁宽2.85 m，梁底宽1.00 m，桥面横坡为单向2%，桥梁全长为518 m，设计荷载等级为公路-I级。本次试验选取第一联第三跨外边梁（3-4#梁）为试验对象，试验梁横断面构造图如图1所示。

2  试验方案设计

2.1  有限元分析及试验工况

由裸梁状态至成桥运营状态，试验梁跨中截面下缘的应变增量=活荷载增量+二期荷载增量。根据跨中截面混凝土应变增量等效原则，考虑成桥状态与裸梁状态的差异，计算裸梁状态跨中截面的设计控制弯矩值M设。基于此，采用梁格法建立该桥第一联有限元模型，得出跨中截面下缘在活荷载和二期荷载作用下的应变增量，然后建立裸梁模型计算试验荷载，本桥第一联有限元计算模型如图2所示，裸梁模型如图3所示。

图2  桥梁第一联有限元模型

根据有限元计算分析结果，可得试验梁的裸梁等效计算结果见表1，其中M设为二期恒载M恒与活荷载M活之和。

试验梁试验工况及加载效率见表2。

2.2  静载试验加载程序

本次试验加载的配重块采用1.5 m×1.0 m×0.8 m的规则长方体混凝土块，每块配重块的重量均为3.0 t，为了防止结构在加载过程中意外损伤，采用分三级加载的方式。第一级加载第一层5块配重块（①～⑤），第二级加载第一、第二层10块配重块（①～⑩），第三级加载第一、第二层及第三层全部15块配重块，然后分一级卸载。在加载过程中通过实时监测各测点挠度及应变变化来控制实际加载进度，满载时试验梁加载如图4所示。

2.3  控制截面及测点布置

2.3.1  试验控制截面

选择跨中最大正弯矩截面（A截面）作为控制截面，在活载作用下，试验控制截面如图5所示。试验过程中，对控制A截面进行应变和跨中挠度测试，对两端支点进行沉降测试。

2.3.2  测点布置

在试验控制截面布置应力测点，根据该桥有限元模型的受力计算，得出最大受力的典型位置，在典型位置上布置轴向受力测点，控制截面布置6个静态应变测点（1#～6#测点）及2个挠度测点，两端支座处截面各布置2个支座沉降测点，应变测点横向布置图如图6所示，控制截面挠度及支座沉降测点布置如图7所示。

3  试验结果及分析

3.1  应变结果分析

试验梁的应变测试结果可以反映构件的局部变形及强度[5]，在各级荷载作用下，控制截面各测点应变测试结果见表3，测试截面测点的应变横向分布曲线如图8所示。从表3及图8可以看出，在每级试验荷载作用下，试验梁控制截面的实测应变值均小于对应计算应变值，控制截面应变校验系数均小于1，说明试验梁的强度满足设计荷载要求，试验梁最大相对残余应变为17.7%，小于20%，说明其处于弹性工作范围内。

3.2  挠度结果分析

试验梁的挠度测试结果可以反映试验梁的刚度及整体变形，在各级荷载作用下，试验梁控制截面挠度测点测试结果见表4，控制截面挠度柱状图如图9所示。由表4及图9可看出，试验梁的试验挠度均小于計算挠度，挠度校验系数小于1，表明试验梁的刚度满足要求，试验梁相对残余挠度为13.3%，小于20%，说明梁体处于弹性工作范围内。

4  结论

1）试验梁测试截面应变校验系数在0.50～0.91之间，均小于1.0，说明试验梁的强度满足要求；测试截面的相对残余应变最大值为17.7%，小于20%，满足规范要求，说明试验梁处于弹性工作范围内。

2）试验梁测试截面挠度的校验系数为0.34，小于1.0，说明试验梁的刚度满足要求；测试截面相对残余挠度为13.3%，小于20%，满足规范要求，说明试验梁处于弹性工作范围内。

3）本文所采用的静载试验方法可对单梁构件进行较为准确的承载能力评定，其试验结果可为同类型单梁构件的承载能力评定提供参考。

参考文献：

[1] 杨根源，李光波.门式墩在高速公路桥梁中的应用[J].公路，2023，68（7）：173-177.

[2] 赵文国，苗艳文，杨梅枝.桥梁静动载试验检测方法及实例分析[J].科技创新与应用，2023，13（20）：79-82.

[3] 李雄辉，秦生龙，张亚军.预应力混凝土T梁单梁荷载试验设计及应用[J].四川建材，2022，48（3）：134-135，137.

[4] 江京翼，谭锋，鞠玉财.基于单梁静载试验的预制PC小箱梁承载能力分析方法[J].西部交通科技，2022（10）：127-130.

[5] 刘旭政，李任福，余晨曦，等.火灾后混凝土桥梁结构安全初步评估方法[J].广西大学学报（自然科学版），2022，47（1）：62-73.