基于預應力混凝土空心板橋荷載試驗研究

竇 楊

(成都理工大學環境與土木工程學院,四川 成都 610059)

基于預應力混凝土空心板橋荷載試驗研究

竇 楊

(成都理工大學環境與土木工程學院,四川 成都 610059)

為了檢驗空心板橋的施工質量是否符合設計要求,保證橋梁使用的安全性,對預應力空心板橋進行了荷載試驗(靜載試驗).介紹了試驗原理,加載方案,得到了靜載試驗的結果.

預應力混凝土;空心板;靜載試驗;應力應變;撓度;裂縫

0 引 言

隨著工程技術中預應力技術的應用越來越廣泛,相關的工程質量問題也日益增加.荷載試驗直觀明了,結果易為各方接受,可以作為判別工程質量的重要依據之一.荷載試驗就是在試驗對象上,利用各種實驗技術,在荷載或其他因素作用下,通過量測各種參數來判明工程結構的技術性能,以確定其是否滿足設計要求[1].本研究以具體橋梁為研究對象,開展預應力混凝土構件荷載試驗研究,對構件的承載能力是否達到設計要求做出判斷,以期為解決同類工程問題提供參考價值.

1 工程概況

研究對象位于四川省攀枝花市總發鄉往平地方向8 km處.橋梁上部為3×20 m預應力混凝土空心板簡支橋,橋面連續,包括橋臺在內,全橋總長為79.55 m,起止里程為K0+008～K0+087.55.橋梁上部預應力空心板及絞縫采用C45混凝土,空心板高0.9 m,橋面鋪裝采用10～17 cm厚C40防水混凝土.橋面布置為,1.5 m(人行道)+7.0 m(行車道)+1.5 m(人行道)=10.0 m.全橋按雙車道設計,設計行車速度為20 km/h,公路等級四級.設計為荷載公路-Ⅱ級,人群荷載3.5 kN/m2.為了判定該橋的整體質量是否達到設計要求,擬對該橋進行了竣工后荷載試驗(靜載試驗),以對橋的承載能力和工作狀況做一次全面的技術評估,具體包括:檢測試驗橋跨控制截面的應力、撓度、裂縫等指標;檢測評定試驗橋跨的實際承載能力、結構變形及抗裂性能是否滿足有關技術規范要求;結合理論計算分析結果,評定試驗橋跨結構的技術狀態是否滿足設計要求,評價試驗橋跨結構的實際受力狀態和工作狀況,從而為橋梁的竣工驗收以及日后的運營、養護和管理提供依據.

2 靜載試驗

2.1 試驗方法

1)應力(應變).該橋上部結構采用預應力空心板,可直接在應力(應變)測試截面的混凝土表面粘貼應變片,采用靜態應變儀進行應變測試,通過實測應變和混凝土的彈性模量換算測點應力,應變測試分辨率為 1×10-6(±1 μ ε).

2)撓度.采用電子水準儀與精密水準儀在測試截面位置對各片空心板進行撓度測試,在試驗橋跨撓度測試截面(跨中)橫向布置6個測點,測試分辨率為±0.01 mm.

應力(應變)檢測數據采集系統構成如圖1所示[2].

圖1 靜態應變數據采集系統示意圖

3)裂縫觀測.采用裂縫觀測儀進行裂縫寬度檢測,測試分辨率為±0.02 mm.

2.2 試驗橋跨、測試截面和測點布置

1)試驗橋跨.選取該橋邊跨作為試驗橋跨進行靜力荷載試驗,共一跨.

2)測試截面.以試驗橋跨在設計荷載作用下的最大正彎矩截面(即跨中截面)作為控制截面,控制截面布置如圖2所示.具體為:①設1個應力(應變)測試截面(J1),布置在試驗橋跨的跨中截面;②設1個撓度測試截面(F1),布置在試驗橋跨的跨中截面.

圖2 試驗橋跨應力(應變)、撓度測試截面布置示意圖

3)測點布置.試驗橋跨測試截面應力(應變)和撓度測點布置如圖3所示.

圖3 測試截面應力(應變)、撓度測點布置圖

2.3 試驗荷載及試驗工況

1)設計控制內力.按照設計要求,即設計荷載公路-Ⅱ級,人群3.5 kN/m2,按最不利位置進行布載,汽車荷載按規范規定計入沖擊系數(1.29).

2)試驗荷載.以設計正常使用最不利荷載作為加載控制,采用加載車輛進行內力(彎矩)等效布載,使控制截面和控制構件的試驗荷載效率滿足檢測規程的要求.根據結構計算,試驗采用4臺加載車作為試驗等效荷載,加載車輛參數見表1.試驗前,對所有加載車輛均進行過磅稱重,根據加載車輛的實際稱重結果對車輛進行編組,以保證試驗荷載效率在合理的范圍之內[3].

表1 試驗加載車參數表

2.4 試驗荷載效率

靜載試驗的荷載效率見表2.

表2 靜載試驗荷載效率

2.5 應力(應變)及撓度的理論計算方法

依據本試驗已知條件和數據,應用偏心壓力法(假定橫隔梁無限剛性)計算梁板應力[4];梁板撓度采用預應力混凝土梁撓度計算公式求值,fc=ηθf[5];其中,ηθ撓度長期增長系數,f短期撓度值;采用橋梁分析軟件計算上述應力和撓度的理論計算結果,可以得出其橫向分布影響線.

3 檢測結果

3.1 撓度檢測結果

采用電子水準儀與精密水準儀在測試截面位置對各片空心板進行撓度測試,本次靜力荷載試驗共進行了2個工況的靜力加載試驗.試驗荷載作用下,撓度實測結果及與計算值的比較如表3與圖4所示.

表3 跨中撓度測試截面實測撓度與計算值的比較

圖4 跨中截面的撓度橫向分布與計算值的比較

3.2 應力(應變)檢測結果

采用靜態應變儀進行應變測試,通過實測應變和混凝土的彈性模量換算測點應力,針對跨中應力(應變)測試截面進行了2個工況的靜力加載試驗.具體情況如表4及圖5所示.

表4 (a) J1截面偏下游加載J1截面下緣混凝土實測應力及與計算值的比較

表4 (a) J1截面偏下游加載J1截面下緣混凝土實測應力及與計算值的比較

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表4 (b) J1截面偏上游加載混凝土實測應力與計算值的比較

表4 (b) J1截面偏上游加載混凝土實測應力與計算值的比較

說明:表4中:應力受拉為正,實測應力為試驗荷載作用下的增量;空心板自上游向下游依次編號為1#板～6#板;每片空心板底面設2個應變測點,自上游向下游依次編號為1#測點～2#測點.

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圖5 跨中截面空心板下緣實測混凝土應力的橫向分布與計算值的比較

3.3 裂縫觀測結果

加載前及試驗荷載作用下,試驗橋跨跨中截面附近區域未發現可見裂縫.

4 結果分析

4.1 結構剛度

試驗荷載作用下,試驗橋跨測試截面的實測撓度小于計算值,撓度校驗系數為0.50～0.73,跨中最大實測撓度增量為 4.76 mm,為計算跨徑的1/4 042,小于規范限值.荷載卸除后,實測殘余變形較小,最大實測相對殘余變形為6.9%,表明試驗橋跨結構處于較好的彈性工作狀態.圖3所示的跨中實測撓度橫向分布與計算值的一致性較好,表明試驗橋跨結構整體變形在正常范圍內.試驗結果表明,試驗橋跨結構剛度滿足設計要求.

4.2 結構強度

試驗荷載作用下,試驗橋跨測試截面的實測應力小于計算值,應力校驗系數為0.42～0.74.跨中截面空心板下緣最大實測混凝土拉應力增量為2.58 MPa.圖4所示跨中應力測試截面空心板底面實測混凝土應力的橫向分布與計算值的橫向分布相符.試驗結果表明,試驗橋跨測試截面結構受力正常,結構強度滿足設計要求.

5 結 論

通過該橋的靜載試驗實測結果,該橋的整體受力性能結論如下:試驗橋跨結構經歷了荷載效率為0.93～0.96的靜力試驗加載,試驗加載過程中未出現異?，F象;試驗荷載作用下,測試截面的實測撓度小于計算值,撓度校驗系數介于0.50～0.73之間,跨中最大實測撓度增量為4.76 mm,為計算跨徑的1/4 042,荷載卸除后,梁體變形恢復良好,最大實測相對殘余撓度為6.9%,試驗橋跨結構剛度滿足設計要求;試驗荷載作用下,測試截面的實測應力小于計算值,應力校驗系數介于0.42～0.74之間,跨中下緣最大實測混凝土拉應力增量為2.58 MPa,試驗橋跨測試截面結構受力正常,結構強度滿足設計要求;加載前以及試驗荷載作用下,試驗橋跨跨中截面附近區域未發現可見裂縫.綜上所述,該橋整體工作性能良好,各項檢測數據均滿足相關規范要求.

[1] 交通部公路科學研究所.大跨徑混凝土橋梁的試驗方法[M].北京:人民交通出版社,1982.

[2] 交通部基本建設質量監督總站.橋涵工程試驗檢測技術[M].北京:人民交通出版社,2004.

[3] 交通部公路科學研究所.JTG D60-2004公路橋涵設計通用規范[S].北京:人民交通出版社,2004.

[4] 邵旭東.橋梁工程[M].武漢:武漢理工大學出版社,2005.

[5] 葉見曙,李國平.結構設計原理[M].北京:人民交通出版社,2005.

Hollow Slab Bridge Load Test Research Based on Prestressed Concrete

DOUYang
(College of Environment and Civil Engineering,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China)

In order to test whether the construction quality about the hollow slab bridge of three-tree bridge meets the design requirements,and guarantee the safety of bridge,load test(static load test)on prestressed hollow slab bridge is conducted.This paper describes the test principle and introduces the loading programmes.The result of load test is presented.

prestressed concrete;hollow slab;static load testing;stress and strain;deflection;cracking

U445

A

1004-5422(2013)01-0078-04

2012-10-26.

竇 楊(1982—),男,碩士研究生,從事橋梁與隧道結構穩定性研究.