公路预应力混凝土T梁静载试验实例分析

摘要：为检测预应力混凝土T梁的质量及承载能力，对T梁进行了单片梁荷载试验。简要介绍了T梁的检测方法、步骤、评定方法，并对实验结果进行了分析。

关键词：T梁；静载试验；校验系数；截面；应力；挠度

中图分类号：U41文献标识码： A

0 引言

随着（国发（ 2012）2号文件）的加强交通基础设施建设，提高发展支撑能力；坚持把交通基础设施建设放在优先位置，按照统筹兼顾、合理布局、适度超前的原则，加快构建现代综合交通运输体系，打破交通瓶颈制约。贵州省的交通基础设施的飞速发展，公路桥梁建设处在历史发展最快阶段。各种类型的桥梁如雨后春笋般出现。预应力混凝土T梁由于预制工艺简单、安装方便、造价较低以及建筑高度较小等诸多优点，在各类公路工程中广泛应用，特别是在二级公路中。

预应力T梁桥梁的结构受力主要由承重结构（预应力T梁）及传力结构（铰缝、桥面铺装层）两大部分承担。由于结构的空间整体性，当桥上作用荷载时，各片T梁将共同参与工作，形成各片T梁之间的内力分布。

1 概述

某公路桥梁，桥型为预应力混凝土简支T梁桥，单跨跨径为30米，桥梁全长全长126m(4×30m)。桥面宽度为8.50m=0.75m人行道+7.0m机动车道+0.75m人行道。主梁混凝土标号为：C50，桥面铺装为10～16.5cm厚C40混凝土，人群荷载为3.0KN/m2，汽车荷载为公路-Ⅱ级。

本次荷载试验选取第一跨边梁作为试验梁。

2试验方案

2.1测试项目

控制荷载作用下，边梁T梁控制截面的应变测试以及附属截面的应变测试；

控制荷载作用下，边梁T梁控制截面的挠度测试以及附属截面的挠度测试；

控制荷载作用下，边梁T梁整片梁的裂缝观测。

控制截面为边梁T梁的1/2L截面，1/4L及3/4L为附属截面。如图2-1所示。

图2-1 试验截面

2.2测试方法

应变测试：可采用粘贴应变片或传感器的方式进行测量，本次荷载试验采用振弦应变计；

挠度测试：可采用高精密水准仪加塔尺或电子水准仪加铟钢尺或百分表（千分表）或位移计的方式进行测量，本次荷载试验采用挠度计；

裂缝观测：可采用带刻度的读数显微镜或裂缝测宽仪进行观测，本次荷载试验采用裂缝宽度监测仪。

2.3测点布置

荷载试验边梁共设置三个截面、11个应变测点，测点如图2-2所示。

挠度设置点0.5m处、1/4L处、1/2L处、3/4L处、29.5m处，共五处，每处采用一个位移计。如图2-3所示。

图2-2 应变测点

图2-3 位移计安置方式

2.4试验荷载确定

根据设计图纸，利用有限元计算软件，计算出在设计荷载作用下计算桥梁结构跨中的弯矩值、结构的基频以及各片T梁在人群荷载和车辆荷载作用下的横向分布系数（采用铰接法），进而计算出在设计荷载作用下桥梁结构跨中的弯矩值、边梁T梁的跨中弯矩值（2906 KN・m）。以此边梁T梁的跨中弯矩值作为试验荷载的控制弯矩。

有限元计算模型如图2-4。

图2-4 结构有限元计算模型

1）、最大内力的确定

根据有限元程序模拟计算，本跨在公路-Ⅱ级荷载作用下，桥梁的第1跨汽车荷载产生最大内力的弯矩为4337 KN・m，人群荷载产生的弯矩为399 KN・m。

2）、荷载横向分布系数的计算

边梁的荷载横向分布系数的采用平面杆系有限元程序进行计算。根据本桥的设计资料，计算采用刚性横梁法计算。计算过程和结果分别见图2-5～图2-6。

图2-5梁荷载横向分布影响线

图2-6 荷载横向分布系数

3）、加载荷载的确定

根据试验跨的最大内力计算结果、试验梁的荷载横向分布系数及活载对边跨冲击影响，最终理论确定试验梁的最大内力为2906KN・m。

2.5试验加载方案

根据计算出的弯矩影响线以及控制荷载值，采取加载方式及加载荷载大小。

2.5.1集中荷载法

集中荷载法是指在在T梁上施加若干个集中荷载。可在跨中最不利截面加载点上堆放重物或设置反力架。堆放重物可采用方形钢板叠加的方式进行堆载，但随着钢板的垫高，必须保证其竖向稳定性。同时采用集中加载的方式，一般要进行加载点处的强度验算，以保证T梁不会开裂。

2.5.2均布荷载法

均布荷载法是在T梁顶均匀堆置一定高度的重物来分级加载。常用的堆放荷载有砂袋、混凝土试块、水箱等方法。

本次荷载试验采用堆放混凝土试块的方式进行分级加载(如下图2-7)。每块混凝土试块重1.95t。加载总体分三次加载，预压：梁顶面布置2列7排预制块作为第一次加载，观察结构的变化，看应力和挠度是否异常，对数据进行初略的评估，看结果是否在允许范围。结果正常，结构处于稳定状态时进行正式加载，梁顶面布置1列5排预制块作为第二次加载数据采集及观察；结果正常，进行第三次加载，梁顶面布置1列3排预制块，等结构稳定后进行数据采集及观察。用试块加载该梁的最大内力跨中截面内力为2840 KN・m。

图2-7 试块加载示意图

2.6检测步骤

(1)仔细检查T梁，看其是否存在裂缝、蜂窝、麻面等，定位截面测点，打磨测点表面混凝土、粘贴应变传感器、安装挠度计、准备吊车等；

(2) 预压：缓慢施加荷载至控制荷载的75%，观察结构的变化，看梁体结构是否稳定，对数据进行初略的评估；

(3) 正式加载：结构处于稳定状态时进行正式加载，缓慢施加荷载。每次加载过程中，观测T梁及测试数据。直至加载完毕。

在测试过程中，检测人员应随时观测数据并对其进行分析，若有异常，立即查明原因并加以消除。若无法查明原因，应立即停止试验。

3检测结果分析

加至试验最大荷载时跨中弯矩为2840KN・m，荷载试验效率为0.98。挠度测试结果及分析、应变测试结果及分析如表3.1、3.2所示。

表3.1挠度测试结果及校验系数、相对残余

测试截面 0%控制荷载

挠度（mm） 75%控制荷载

挠度（mm） 100%控制荷载

挠度（mm） 残余

（mm） 理论值

（mm） 校验

系数 相对

残余

0.5m截面 0 2.46 5.01 3.47 / / /

1/4截面 0 9.59 14.94 3.89 18.84 0.46 0.00

1/2截面 0 13.25 20.07 4.25 23.74 0.58 0.02

3/4截面 0 10.31 16.17 3.06 18.84 0.53 0.00

29.5m截面 0 4.00 7.44 4.51 / / /

表3.2 试验荷载作用下，L/2截面微应变测试结果及校验系数、相对残余

测点位置 0%控制荷载 100%控制荷载 残余 弹性应变 理论值 校验系数 相对残余

底1 0 226 5 221 327 0.77 0.02

底2 0 216 11 205 327 0.74 0.05

侧1 0 -93 0 -93 -135 0.69 0.00

侧2 0 -24 0 -24 -64 0.38 0.00

侧3 0 9 0 9 13 0.69 0.00

侧4 0 50 0 50 81 0.62 0.00

侧5 0 121 4 117 150 0.78 0.00

各截面实测挠度与理论值比较曲线如图3-1所示，L/2截面侧面实测应力沿高度分布与理论值比较曲线如图3-2所示。

图3-1 实测挠度与理论值比较曲线

图3-2 L/2截面应力沿高度分布实测值与理论值比较曲线

4结论

边梁T梁荷载试验效率为0.98，符合规范对荷载试验效率规定。

（1）在试验荷载作用下试验T梁控制截面的挠度变化呈弹性规律，实测值和理论计算值良好接近，相对残余应变

（2）实测应变基本随荷载增加而增加，并在各级荷载作用下基本呈直线状态，符合弹性变化规律，相对残余应变

综合说明，边梁T梁满足设计荷载作用下的强度、刚度要求，可以进行下一步工序施工。

参考文献

[1] 中华人民共和国交通部，公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004），北京：人民交通出版社，2004

[2] 中华人民共和国交通运输部，大跨径混凝土桥梁的试验方法(YC4-4/1978)，北京：人民交通出版社，1982

[3]何玉珊，章关永，公路工程试验检测人员考试用书-桥梁，北京：人民交通出版社，2010

[4] 姚玲森，桥梁工程[M]，北京：人民交通出版社，2008