游勇利，范小軍，談?dòng)?，郭景昆，曹琪，楊?/p>

（1.江西省公路科研設(shè)計(jì)院有限公司，南昌 330000；2.南昌師范學(xué)院，南昌 330032；3.華東交通大學(xué)，南昌 330003）

1 工程概況

昌九高速改擴(kuò)建項(xiàng)目起點(diǎn)位于昌北樞紐互通北端K8+054，終點(diǎn)位于七里湖樞紐互通南端K103+602，途經(jīng)南昌市新建區(qū)、九江市永修縣、共青城市、德安縣、柴桑區(qū)（九江縣）、濂溪區(qū)（廬山區(qū)），扣除先行建設(shè)的通遠(yuǎn)試驗(yàn)段，路線全長(zhǎng)87.819 km。全線按全封閉、全立交雙向八車(chē)道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度為100 km/h，整體路基寬41 m，分離式路基寬20.5 m，采用“兩側(cè)及單側(cè)整體加寬為主+局部分離”方式進(jìn)行改擴(kuò)建。項(xiàng)目自2016年9月5日開(kāi)工，于2019年9月30日基本建成通車(chē)。

為了考察昌九高速上實(shí)際使用20多年的14.2 m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁的抗彎性能、破壞形態(tài)及極限承載能力，本文對(duì)上述選取的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁進(jìn)行了抗彎承載能力試驗(yàn)研究。

2 試驗(yàn)方案

2.1 加載裝置

本試驗(yàn)在江西省天馳高速科技發(fā)展有限公司結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，利用大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)加載系統(tǒng)（MTS）完成相關(guān)試驗(yàn)內(nèi)容。采用兩點(diǎn)加載，純彎段長(zhǎng)度選取3 m的加載形式，用200 t豎向加載框架配合電液伺服作動(dòng)器在分配梁上施加荷載。試驗(yàn)過(guò)程中支座中心間距設(shè)置為13.9 m。試驗(yàn)加載儀器與布置現(xiàn)場(chǎng)圖如圖1所示。

圖1 承載能力試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)布置圖

2.2 加載制度

試驗(yàn)的加載方案采取“荷載+位移”分階段控制方式。（1）首先，對(duì)試驗(yàn)梁進(jìn)行預(yù)加載：0 t→10 t→20 t→10 t→0 t，解決非彈性變形問(wèn)題，并且使試件各部位接觸良好，進(jìn)入正常工作狀態(tài)，荷載與變形關(guān)系趨于穩(wěn)定，同時(shí)也能檢驗(yàn)試驗(yàn)裝置的可靠性。（2）正式加載開(kāi)始，在進(jìn)入彈塑性階段之前，以10 t的加載頻率控制，加載至彈塑階段每級(jí)荷載對(duì)應(yīng)較大位移時(shí)，轉(zhuǎn)為1 cm的位移控制方式直至梁板破壞。在不同等級(jí)的加載工況下分別保持負(fù)荷狀態(tài)5 min，為相關(guān)檢測(cè)人員記錄應(yīng)變、位移以及裂縫有無(wú)開(kāi)展?fàn)顩r提供充足時(shí)間。加載過(guò)程中實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)，并拍照記錄試驗(yàn)梁加載過(guò)程，繪制荷載-位移曲線。

2.3 試驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容及方法

1）各級(jí)加載工況下各控制截面的撓度測(cè)試：撓度測(cè)點(diǎn)選取L/4、L/2和3L/4截面試驗(yàn)梁板底分別布置位移傳感器，測(cè)量試驗(yàn)板梁加載過(guò)程中的撓度。試驗(yàn)梁加載點(diǎn)與側(cè)面測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)梁加載點(diǎn)與側(cè)面測(cè)點(diǎn)布置圖

2）裂縫發(fā)展情況記錄：在試驗(yàn)梁表面用墨線彈上10 cm×10 cm的方格網(wǎng)，試驗(yàn)時(shí)用康科瑞智能裂縫測(cè)寬儀觀測(cè)并記錄裂縫寬度。加載至每級(jí)荷載穩(wěn)定以后，記錄裂縫的寬度、位置和發(fā)展趨勢(shì)。試驗(yàn)完成后繪制整個(gè)梁體的裂縫分布圖，并拍照記錄。

2.4 試驗(yàn)加載過(guò)程

試驗(yàn)開(kāi)始前，首先進(jìn)行預(yù)加載，檢查支座的平穩(wěn)度及儀器裝置是否正常。正式加載試驗(yàn)分級(jí)加載，每級(jí)荷載加載完成后的持荷時(shí)間一般在5 min，且每級(jí)加載時(shí)間保持相等。根據(jù)理論計(jì)算試驗(yàn)梁的開(kāi)裂荷載和極限荷載，制定加載程序。

3 試驗(yàn)梁承載能力試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)宏觀現(xiàn)象

試驗(yàn)梁正式加載過(guò)程中，當(dāng)荷載加到217 kN時(shí)，應(yīng)變片布置側(cè)腹板底沿靠近跨中位置出現(xiàn)一條裂縫，長(zhǎng)度約為7 cm，裂縫寬0.23 mm，此時(shí)面向應(yīng)變片右側(cè)作動(dòng)器下伴隨“砰”一聲響。

當(dāng)荷載加到244～290 kN時(shí)，前幾級(jí)裂縫寬度開(kāi)始增加，逐漸有新的裂縫出現(xiàn)。應(yīng)變片布置側(cè)出現(xiàn)多條接近頂板的裂縫，260 kN時(shí)面向應(yīng)變片右側(cè)作動(dòng)器下傳來(lái)一聲“砰”響。

當(dāng)荷載加到380 kN時(shí)，底板位置多條裂縫寬度接近1 mm，前幾級(jí)裂縫寬度迅速增加，裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展。試驗(yàn)梁純彎段內(nèi)，出現(xiàn)多處分布緊密且均勻的貫穿裂縫，裂縫間距為12～23 cm，裂縫寬度最大開(kāi)展為0.7～1.0 mm；鑒于安全考慮，此后未進(jìn)行裂縫寬度測(cè)量。

當(dāng)荷載達(dá)到410 kN時(shí)，試驗(yàn)梁發(fā)出撕裂聲音，緊接著一聲巨響后，面向應(yīng)變片右側(cè)梁端腹板混凝土剪切脆性破壞（見(jiàn)圖3a），另一端沒(méi)有明顯破壞，但在應(yīng)變片布置側(cè)橋面板與空心板之間出現(xiàn)順梁方向通長(zhǎng)裂縫（見(jiàn)圖3b）；觀察試驗(yàn)梁剪斷一端，可以發(fā)現(xiàn)該斜裂縫與底板平面約呈40°夾角（見(jiàn)圖3c），試驗(yàn)梁底面距離梁端約500 mm位置出現(xiàn)一條貫穿底面的橫向裂縫（見(jiàn)圖3d），對(duì)應(yīng)端預(yù)應(yīng)力筋拔出（見(jiàn)圖3e）；另一端預(yù)應(yīng)力筋未拔出，但存在明顯松動(dòng)（見(jiàn)圖3f），另一側(cè)橋面板與空心板之間出現(xiàn)順梁方向通長(zhǎng)裂縫。

綜上，試驗(yàn)梁整體破壞圖如圖3所示，可以認(rèn)為試驗(yàn)梁發(fā)生了一端底部受拉預(yù)應(yīng)力筋整體拔出引起的腹板剪切脆性破壞。

圖3 試驗(yàn)梁破壞現(xiàn)象

3.2 荷載-位移曲線

MTS試驗(yàn)控制系統(tǒng)可以獲得加載過(guò)程中兩個(gè)作動(dòng)器的加載力和位移，因此，通過(guò)試驗(yàn)梁抗彎承載能力試驗(yàn)，分別獲得了試驗(yàn)梁的開(kāi)裂荷載、極限荷載和荷載-位移關(guān)系曲線。從加載開(kāi)始到試驗(yàn)梁破壞，作動(dòng)器1和作動(dòng)器2的荷載-位移曲線如圖4所示。

由圖4可見(jiàn)，作動(dòng)器獲得的荷載-位移曲線發(fā)展規(guī)律為：當(dāng)荷載施加開(kāi)始后，荷載-位移曲線呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)；當(dāng)作動(dòng)器1與作動(dòng)器2荷載之和大致為221.2 kN時(shí)，曲線出現(xiàn)小波動(dòng)，并且開(kāi)始進(jìn)入彈塑性階段，并認(rèn)為此時(shí)對(duì)應(yīng)荷載值為試驗(yàn)梁開(kāi)裂荷載；隨后，曲線隨著位移的增加，荷載緩慢增長(zhǎng)，曲線斜率逐漸降低，最終作動(dòng)器1與作動(dòng)器2荷載之和大致為868.0 kN時(shí)，試驗(yàn)梁發(fā)生脆性破壞，曲線驟降至零。

4 結(jié)論

1）試驗(yàn)梁發(fā)生了一端底部受拉預(yù)應(yīng)力筋整體拔出引起的腹板剪切脆性破壞；

2）試驗(yàn)梁的開(kāi)裂荷載為221.2 kN、極限荷載為868.0 kN，試驗(yàn)結(jié)果可為既有預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁橋既有承載力評(píng)估提供參考意見(jiàn)。