任慶國，苗蘭弟（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西渭南714099）

25米箱梁靜載試驗(yàn)及分析

任慶國，苗蘭弟
（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西渭南714099）

摘要：針對某高速公路25米箱梁進(jìn)行了靜載試驗(yàn)。主要是通過對試驗(yàn)截面進(jìn)行逐級加載，觀測橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和撓度。將觀測結(jié)果和理論值進(jìn)行對比分析，結(jié)合公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性能。

關(guān)鍵詞：高速公路；箱梁；靜載試驗(yàn)；應(yīng)變；撓度

D01：10.19329/j.cnki.1673-2928.2016.04.019

1工程概述

某高速公路工程設(shè)計(jì)荷載為公路Ⅰ級，雙向六車道，橋面寬度2×16.75m。本次靜載試驗(yàn)選取S3合同預(yù)制單片25m預(yù)應(yīng)力小箱梁，為中跨中梁（左3-3中梁）。試驗(yàn)梁示意圖見圖1。

圖1　試驗(yàn)梁示意圖

2檢測項(xiàng)目及依據(jù)

2.1檢測項(xiàng)目

①確定箱梁結(jié)構(gòu)控制截面的應(yīng)變分布情況，包括中性軸高度、截面應(yīng)變分布、應(yīng)變與荷載效率的關(guān)系、實(shí)測值與理論計(jì)算值的對比［1-2］；

②通過分析在試驗(yàn)荷載下單梁跨中撓度情況，評估結(jié)構(gòu)的整體剛度［1-2］。

2.2檢測依據(jù)

試驗(yàn)依據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62-2004）、《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）、《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》（最終建議）、《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1-2004）及相關(guān)的設(shè)計(jì)、計(jì)算文件進(jìn)行檢測。

3靜載試驗(yàn)檢測內(nèi)容及方法

本試驗(yàn)主要是通過對試驗(yàn)截面進(jìn)行逐級加載，觀測橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和撓度，進(jìn)而判斷結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性能。

3.1試驗(yàn)截面的選取

根據(jù)預(yù)應(yīng)力小箱梁結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)及現(xiàn)場的施工條件，選取跨中截面A截面、L/4截面（B截面）進(jìn)行應(yīng)變和撓度試驗(yàn)。

3.2承載能力檢算及試驗(yàn)加載方案

3.2.1承載能力檢算

在靜載試驗(yàn)開始之前，首先采用MIDAS CIVIL2010計(jì)算軟件對箱梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力計(jì)算分析，計(jì)算模型見圖2。

圖2　箱梁三維實(shí)體模型

3.2.2試驗(yàn)加載方案

加載概況。根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際情況，本次靜載試驗(yàn)采用預(yù)制空心板進(jìn)行加載試驗(yàn)，每片空心板重約120kN，長度L=10m，共計(jì)9片，總重約為1080kN。

試驗(yàn)荷載布置。本次荷載試驗(yàn)共進(jìn)行5次加載，所加荷載均對稱于箱梁跨中A截面，試驗(yàn)荷載布置見圖3。

3.2.3試驗(yàn)荷載

本次試驗(yàn)加載，按照委托單位要求單梁加載至2倍的設(shè)計(jì)荷載。經(jīng)計(jì)算分析，左3-3#箱梁，二期恒載產(chǎn)生內(nèi)力為1515 kN·m，設(shè)計(jì)活載產(chǎn)生內(nèi)力為1228 kN·m。

圖3　荷載布置圖

表1　加載內(nèi)力表

表2　分級加載表

3.3靜載試驗(yàn)測點(diǎn)布置

跨中截面（A截面）及L/4截面（B截面）均布置3個撓度測點(diǎn)，支點(diǎn)截面布置2個撓度修正測點(diǎn)，共設(shè)8個測點(diǎn)，如圖4。

本試驗(yàn)選擇兩個應(yīng)力（應(yīng)變）測試截面，即跨中截面和L/4截面?？缰薪孛妫ˋ截面）的梁和腹板均布設(shè)5個應(yīng)變測點(diǎn)；L/4（B截面）僅在梁底布設(shè)3個應(yīng)變測點(diǎn)，如圖5所示。

4靜載試驗(yàn)結(jié)果及分析

本試驗(yàn)選取了跨中截面及1/4截面兩個截面做應(yīng)變及撓度試驗(yàn)，本文只針對跨中截面試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

4.1梁底應(yīng)變檢測結(jié)果與分析

4.1.1應(yīng)變檢測結(jié)果列表

跨中截面（A截面）的梁底5個測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)變結(jié)果如表3所示。

圖4　撓度測點(diǎn)布置圖

圖5　應(yīng)變測點(diǎn)布置圖

表3　跨中截面（A截面）梁底各測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)變值（單位：me）

4.1.2應(yīng)變檢測校驗(yàn)系數(shù)評定

校驗(yàn)系數(shù)η為某一測點(diǎn)的應(yīng)變實(shí)測值與理論值的比值：η=S實(shí)測/S理論，它是評定橋梁結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)，確定橋梁承載能力的一個重要指標(biāo)，在實(shí)際運(yùn)用中，同一荷載作用下的實(shí)測值與理論值應(yīng)盡可能接近。一般情況當(dāng)η＜1時，表明橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能較好，滿足使用要求；當(dāng)η＞1時，表明橋梁結(jié)構(gòu)工作性能較差，應(yīng)降級使用，限速限載并進(jìn)行加固或改建【3】。

表4　跨中截面（A截面）梁底各測點(diǎn)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)評定

由表4可知，該截面的5個測點(diǎn)的應(yīng)變均滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》規(guī)定的混凝土橋梁應(yīng)變（或應(yīng)力）校驗(yàn)系數(shù)一般≤1的要求。說明該截面強(qiáng)度滿足橋梁規(guī)范要求。

4.1.3應(yīng)變實(shí)測值與理論計(jì)算值線性關(guān)系分析

從表4可以看出，梁底5個測點(diǎn)應(yīng)變檢測中，A-1測點(diǎn)的應(yīng)變值最大，圖6給出了測點(diǎn)應(yīng)變實(shí)測值與理論計(jì)算值的關(guān)系曲線。

圖6A-1測點(diǎn)應(yīng)變實(shí)測值與計(jì)算值線性關(guān)系

由圖6可知，測點(diǎn)A-1的實(shí)測值與理論值成線性關(guān)系，線性相關(guān)系數(shù)平方值為0.9919。

4.1.4殘余應(yīng)變評定

橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)還可用實(shí)測殘余應(yīng)變（Sp）與實(shí)測最大應(yīng)變（Stot）的比值來衡量，比值越小，橋梁結(jié)構(gòu)就越接近彈性工作狀態(tài)，通常要求兩者的比值≤0.20。

表5　跨中截面（A截面）梁底應(yīng)變測點(diǎn)殘余應(yīng)變

由表5可以看出，梁底5個應(yīng)變測點(diǎn)的相對殘余值均小于0.2，殘余應(yīng)變滿足規(guī)范要求。

4.2變形檢測結(jié)果與分析

4.2.1變形檢測結(jié)果列表

跨中截面（A截面）各測點(diǎn)變形實(shí)測結(jié)果見表6。

表6　跨中截面（A截面）各測點(diǎn)實(shí)測變形值（單位：mm）

4.2.2變形檢測校驗(yàn)系數(shù)評定

變形檢測校驗(yàn)系數(shù)和應(yīng)變檢測校驗(yàn)系數(shù)表達(dá)方式相同，仍用η=S實(shí)測/S理論表示，相關(guān)要求及評定方法也相同。一般要求預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁變形檢測校驗(yàn)系數(shù)常值范圍：變形η=S實(shí)測/S理論≤1.0。

由表7可以看出，3個變形測點(diǎn)的校驗(yàn)系數(shù)均小于1.0，符合規(guī)范常值范圍，因此可以判定，A截面剛度較好，滿足規(guī)范要求。

表7　跨中截面（A截面）各測點(diǎn)變形校驗(yàn)系數(shù)評定

4.2.3變形實(shí)測值與計(jì)算值線性關(guān)系分析

跨中截面（A截面）變形檢測中A1測點(diǎn)變形值最大，圖7給出了測點(diǎn)變形實(shí)測值與計(jì)算值關(guān)系曲線。

由圖7中可以看到，測點(diǎn)A1變形實(shí)測值與計(jì)算值線性關(guān)系良好，線性相關(guān)系數(shù)平方值為0.9983。

圖7A1測點(diǎn)變形實(shí)測值與計(jì)算值線性關(guān)系

4.2.4殘余應(yīng)變評定

實(shí)測殘余變形（Sp）與實(shí)測最大變形（Stot）的比值越小結(jié)構(gòu)越接近彈性工作狀態(tài)，一般要求≤0.20。

由表8可以看出，3個變形測點(diǎn)的相對殘余值均小于0.20，滿足規(guī)范要求。

表8　跨中截面（A截面）撓度測點(diǎn)殘余變形

4.3腹板應(yīng)變檢測結(jié)果與分析

4.3.1應(yīng)變檢測結(jié)果列表

該箱梁跨中截面（A截面）腹板布設(shè)5個應(yīng)變測點(diǎn)，用以測定截面中性軸高度，各測點(diǎn)應(yīng)變實(shí)測結(jié)果見表9。

表9　跨中截面（A截面）腹板各測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)變值 （單位：me）

4.3.2截面中性軸高度評定

圖8給出了最大級試驗(yàn)荷載下實(shí)測應(yīng)變沿截面高度的分布情況，從圖中可以看出，實(shí)測應(yīng)變沿截面高度呈線性分布，截面變形基本符合平截面假定［4］。

5靜載試驗(yàn)結(jié)果評定

5.1檢測結(jié)論

①在試驗(yàn)荷載作用下，該梁應(yīng)變檢測截面應(yīng)變實(shí)測值均小于理論計(jì)算值，且變化趨勢與計(jì)算值一致，實(shí)測最大應(yīng)變值為A-1測點(diǎn)，實(shí)測應(yīng)變?yōu)?02.1me，理論計(jì)算值為361.3me，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)為0.84。各測點(diǎn)在最大級加載工況下，校驗(yàn)系數(shù)均未超過《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》規(guī)定的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁應(yīng)變（或應(yīng)力）校驗(yàn)系數(shù)值不大于1的要求。應(yīng)變檢測結(jié)果表明測試梁體抗彎強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

圖8　實(shí)測應(yīng)變沿截面高度分布圖

②在試驗(yàn)荷載作用下，該梁撓度檢測截面撓度實(shí)測值均小于理論計(jì)算值，且變化趨勢與計(jì)算值一致，實(shí)測最大撓度值為A 1測點(diǎn)，實(shí)測撓度為15.59mm，理論計(jì)算值為22.93mm，撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.68，校驗(yàn)系數(shù)均符合《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》規(guī)定的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁撓度校驗(yàn)系數(shù)不大于1的要求。撓度檢測結(jié)果表明測試梁體剛度滿足規(guī)范要求。

③應(yīng)變及撓度相對殘余最大值為0.09，滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》中第8.3.1條規(guī)定S’P≤20%的要求。

④在試驗(yàn)過程中，對試驗(yàn)梁體進(jìn)行裂縫觀測，在各級加載工況下，各測點(diǎn)應(yīng)變無畸變及退化現(xiàn)象，說明測點(diǎn)位置截面未開裂，梁體表面未發(fā)現(xiàn)有裂縫出現(xiàn)。

5.2結(jié)果評定

根據(jù)25m小箱梁（左3-3中梁）單梁靜載實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果及理論計(jì)算結(jié)果，可以得出如下結(jié)論：在試驗(yàn)加載至1.84倍設(shè)計(jì)活載的工況下，預(yù)制25m預(yù)應(yīng)力小箱梁（左3-3中梁）滿足規(guī)范要求。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：郝安林）

中圖分類號：U441+.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1673-2928（2016）04-0063-05

收稿日期：2015-10-22

作者簡介：任國慶（1980-），男，碩士，陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：光電子器件。

Static Load Test and Analysis of 25m Boxed

Ren Qingguo1，Miao Landi2
（Shanxi Railway Institute，Weinan 714099，China）

Abstract：A static load test of 30m boxed was made in a certain expressway engineering.In the test，the working performance，deflection and stress，of the precast girderwere both tested at different load effect levels.Then，comparing and studying the observation results and theoretical values，combined with the design specification of highway reinforced concrete and prestressed concrete bridges and culverts，judging the safety and stability of the structure.

key words：expressway；boxed girder；static test；strain；deflection