邢朝陽(yáng)

（安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000）

劉家道口公路橋預(yù)應(yīng)力空心板載荷試驗(yàn)分析研究

邢朝陽(yáng)

（安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000）

通過(guò)對(duì)空心板的靜載荷試驗(yàn)，介紹了預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)性能的測(cè)試依據(jù)、測(cè)試內(nèi)容、靜載荷試驗(yàn)結(jié)果，提出預(yù)應(yīng)力空心板梁的剛度和抗裂性能與設(shè)計(jì)荷載比較所能承擔(dān)的抗裂能力。

空心板梁 靜載荷試驗(yàn) 剛度 抗裂度

1 概況

沂沭泗河洪水東調(diào)南下續(xù)建工程劉家道口樞紐位于臨沂市劉家道口村北的沂河干流上，主要由劉家道口節(jié)制閘、分沂入沭彭家道口分洪閘、劉家道口放水洞、盛口放水洞、姜墩放水洞、盛口切灘、閘上堤防截滲、李公河防倒漾閘、李莊閘、水文觀測(cè)設(shè)施、工程管理設(shè)施等組成。樞紐中的彭家道口分洪閘已于1974年建成外，其余建筑物均屬此次建設(shè)工程。

劉家道口節(jié)制閘是實(shí)現(xiàn)沂沭河洪水東調(diào)入海的控制性建筑物，為開(kāi)閉敞式曲堰型水閘，閘室總凈寬576.0m，共36孔，單孔凈寬16.00m，閘室下游側(cè)設(shè)裝配式鋼筋混凝土交通橋，交通橋荷載標(biāo)準(zhǔn)為二級(jí)公路橋；橋面凈—9+2×1.0m，橋面高程64.36m。該交通橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全等級(jí)為二級(jí)。橋面結(jié)構(gòu)采用后張法預(yù)應(yīng)力空心板結(jié)構(gòu)，跨徑18m，每跨9塊板，7塊中板，2塊邊板，板寬1.24m，板厚0.9m，板與板之間用鉸縫連接。

在公路橋梁建設(shè)中，為保證橋梁使用性能的可靠，在空心板梁施工后應(yīng)進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)，通過(guò)載荷試驗(yàn)可對(duì)空心板梁的剛度和抗裂度進(jìn)行分析，是否滿足設(shè)計(jì)要求和規(guī)范要求，此次對(duì)劉家道口公路橋一片預(yù)應(yīng)力空心板進(jìn)行了破壞性試驗(yàn)，以驗(yàn)證板梁的實(shí)際承載能力。

2 預(yù)應(yīng)力空心板裸板試驗(yàn)荷載確定

劉家道口節(jié)制閘交通橋：橋面凈空：凈—9+2×1.0m，荷載等級(jí)：公路Ⅱ級(jí)，人群荷載：3.0kN/m2，標(biāo)準(zhǔn)跨徑18m，計(jì)算跨徑17.3m，共36跨，橋梁上部采用后張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板結(jié)構(gòu)。

空心板：采用C40混凝土，fck=26.8MPa，fcd=18.4MPa。

φj15.2鋼鉸線：28根，fpk=1860MPa，fpd=1260MPa。

單板寬b=1240mm，板高h(yuǎn)=900mm，空心板上頂板和下底板厚度均為100mm，計(jì)算跨徑：l=17.96-2×0.33=17.3m。預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力點(diǎn)至空心板底邊距離為a=150mm，因此空心板截面的有效高度為：h0=900-150=750mm。

2.1 計(jì)算裸板所受荷載

車道均布荷載：qk=0.75×10.5=7.875（kN/m），車道集中

荷載：Pk=120+3×17.3=171.9（kN/m），由鉸接板法計(jì)算跨中荷載橫向分布系數(shù)得：

按照兩列車布載，3號(hào)板最為不利，m3q=0.27，m3r=0.204，按照三列車布載，4號(hào)板最為不利，m4q=0.346，m4r=0.183。

橫向布置車道數(shù)為3時(shí)，橫向折減系數(shù)為0.78，m4q=0.346×0.78=0.27，

所以橫向分布系數(shù)為：m3q=0.27，m3r=0.204，沖擊系數(shù)μ＝0.256，

計(jì)入沖擊力后，汽車荷載：

人群荷載：

2.2 承載能力極限狀態(tài)基本組合

3 測(cè)試內(nèi)容

3.1 測(cè)試目的

在試驗(yàn)荷載作用下，對(duì)板的剛度、板在彎矩荷載作用下跨中截面的正應(yīng)變分布、板的抗裂性進(jìn)行測(cè)試與監(jiān)控。

3.2 測(cè)試依據(jù)

設(shè)計(jì)提供的公路橋預(yù)應(yīng)力空心板荷載、公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范、混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范及橋涵工程試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)規(guī)范等技術(shù)資料。

4 靜載荷試驗(yàn)分析與研究

4.1 試驗(yàn)加荷方案

預(yù)應(yīng)力空心板抗彎試驗(yàn)采用跨中等效彎矩法，所采用的等效彎矩區(qū)域長(zhǎng)度為1.5m。加荷方式如圖1。

汽—20為設(shè)計(jì)荷載與掛—100為校核荷載下，板跨中最大彎矩（承載能力極限狀態(tài)基本組合）518.4kN·m（不含板的自重荷載）。

圖1 抗彎試驗(yàn)加荷示意圖

跨中加荷的折算荷載計(jì)算公式如下：

其中：P——折算荷載（kN）；

Mp——跨中彎矩（kN·m）；

Lo——計(jì)算長(zhǎng)度—等效彎矩長(zhǎng)度（m）。

17.96m板靜載荷試驗(yàn)施加的折算荷載P的計(jì)算值為131.1kN。荷載分級(jí)為：0.2P、0.4P、0.6P、0.7P、0.8P、0.9P、1.0P，1.1P、1.2P、1.3P、1.4P、1.5P、1.6P、1.7P、1.8P；其中1.0P時(shí)，跨中等效彎矩為相應(yīng)于汽—20設(shè)計(jì)荷載與掛—100校核荷載下的跨中最大彎矩，持荷時(shí)間0.5h，其余各級(jí)荷載均持荷15min。

4.2 荷載試驗(yàn)結(jié)果

4.2.1 撓度檢測(cè)

1#試驗(yàn)板梁在各級(jí)荷載作用下L/4、L/2、3L/4實(shí)測(cè)撓度對(duì)應(yīng)的撓度曲線如圖2，跨中撓度—荷載曲線見(jiàn)圖3。

圖2 1#試驗(yàn)板梁在幾級(jí)荷載下?lián)隙惹€

圖3 1#試驗(yàn)板梁跨中撓度—荷載曲線

4.2.2 混凝土應(yīng)變檢測(cè)

1#試驗(yàn)梁在各級(jí)荷載作用下的等彎矩底部?jī)蓚?cè)應(yīng)變均值與荷載變化曲線見(jiàn)圖4。

圖4 1#試驗(yàn)板梁底部?jī)蓚?cè)應(yīng)變均值

1#試驗(yàn)梁跨中截面兩側(cè)自上而下各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變值見(jiàn)下表1，對(duì)應(yīng)的1.0P荷載下跨中左、右兩側(cè)應(yīng)變布置圖見(jiàn)圖5、圖6。

1#試驗(yàn)梁跨中截面上緣、下緣測(cè)點(diǎn)應(yīng)變值見(jiàn)表2，對(duì)應(yīng)的左、右兩側(cè)上、下緣應(yīng)變隨荷載變化曲線見(jiàn)圖7、圖8。

圖7 1#試驗(yàn)梁跨中截面（左側(cè)上、下）應(yīng)變—荷載曲線

表1 1#試驗(yàn)梁跨中截面兩側(cè)自上而下各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變值

表2 1#試驗(yàn)梁跨中截面上緣、下緣測(cè)點(diǎn)應(yīng)變值 單位：με

續(xù)表2 單位：με

圖5 1#試驗(yàn)梁1.0P荷載下跨中左側(cè)應(yīng)變布置圖

圖6 1#試驗(yàn)梁1.0P荷載下跨中右側(cè)應(yīng)變布置圖

圖8 1#試驗(yàn)梁跨中截面（右側(cè)上、下）應(yīng)變—荷載曲線

5 試驗(yàn)分析

從圖2、圖3可見(jiàn)，空心板梁在施加1.0P荷載作用下的實(shí)測(cè)彈性撓度值為6.34mm，其對(duì)撓度f(wàn)/L0=1/2729，遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定允許值〔f/L〕=1/600，說(shuō)明該板梁在1.0P荷載作用下的實(shí)際剛度是滿足要求的，隨荷載增加，該試驗(yàn)梁剛度在1.8P作用下對(duì)應(yīng)跨中撓度值為12.62mm，其剛度仍有一定安全儲(chǔ)備。

從圖4可見(jiàn)，板梁跨中截面兩側(cè)的拉、壓應(yīng)變值均由上而下呈增大趨勢(shì)，且隨荷載的增加，其絕對(duì)值較為均勻增加，1.8P荷載下最大應(yīng)變均值為181.7με。

從表1中數(shù)據(jù)和圖5、圖6可見(jiàn)，板梁跨中截面兩側(cè)在0.4P、0.7P、1.0P級(jí)荷載下的正應(yīng)變沿板高度的分布圖來(lái)看，在各級(jí)荷載作用下，跨中截面的正應(yīng)變值均近似呈直線分布。

從表2中數(shù)據(jù)和圖7、圖8可見(jiàn)，各級(jí)荷載作用下的應(yīng)力—荷載曲線均近似呈線性變化。

空心板梁在加至1.3P荷載時(shí)，1#試驗(yàn)梁兩端上部預(yù)應(yīng)力張拉孔口側(cè)面錨固區(qū)出現(xiàn)沿孔道方向的細(xì)微裂縫，在以后各級(jí)荷載下裂縫長(zhǎng)度沿孔道走向延伸，加至1.8P荷載時(shí)，裂縫最終長(zhǎng)度為20～30cm，縫寬0.05～0.10mm。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)1#試驗(yàn)梁進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)與分析可知，1#試驗(yàn)梁抗彎試驗(yàn)的最大加荷值為設(shè)計(jì)與校核荷載（最大值）的1.8倍，抗彎試驗(yàn)過(guò)程中，梁底部未出現(xiàn)裂縫，在施加1.3P荷載時(shí)，梁端部出現(xiàn)裂縫，隨荷載增加，裂縫寬度和長(zhǎng)度沿孔道走向延伸，說(shuō)明空心板梁在1.0P荷載下，板梁抗彎及抗裂性能滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求。施加1.3P荷載時(shí)，梁端部出現(xiàn)裂縫，表明錨固區(qū)的抗裂設(shè)計(jì)對(duì)于后張預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁的受力性能具有重要影響，在材料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度有一定的安全儲(chǔ)備的情況下，必須同時(shí)考慮錨固區(qū)的抗裂問(wèn)題■