PC簡支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋單梁靜載試驗(yàn)研究

作者簡介：

陸振盛（1978—），高級工程師，主要從事道路橋梁技術(shù)管理方面的工作。

摘要：文章以某省道新建預(yù)應(yīng)力混凝土簡支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋?yàn)檠芯勘尘?，在T梁預(yù)制場隨機(jī)選取一片T梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，通過分級加載測試T梁各截面的撓度、應(yīng)變數(shù)據(jù)，結(jié)合有限元模型計(jì)算的理論值與實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，驗(yàn)證預(yù)制T梁的承載能力及工作性能。結(jié)果表明，試驗(yàn)T梁的剛度、強(qiáng)度、抗裂性均滿足設(shè)計(jì)要求，工作性能良好，可用于實(shí)際工程。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土T梁;靜載試驗(yàn);撓度;應(yīng)變;承載能力

中國分類號：U446.1A371353

0 引言

PC簡支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋是我國近年來橋梁建設(shè)中較為常用的結(jié)構(gòu)形式，因其既具有簡支梁橋的特點(diǎn)又有連續(xù)梁橋的優(yōu)勢，施工技術(shù)成熟，工程造價低[1]。為了保證新建的PC簡支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋的施工質(zhì)量，增加橋梁的使用壽命，在T梁預(yù)后安裝前，通常采用單梁荷載試驗(yàn)的方式來驗(yàn)證T梁的承載能力是否滿足設(shè)計(jì)要求[2]。本文以某省道新建PC簡支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋?yàn)檠芯勘尘?，在T梁預(yù)制場隨機(jī)選取一片T梁進(jìn)行單梁荷載試驗(yàn)，為PC簡支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋的后續(xù)施工及運(yùn)營提供參考依據(jù)。

1 工程概況

某省道新建橋梁采用一聯(lián)5×40 m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)，橋梁全長207.96 m。橋面全寬12.75 m，橫向布置為：0.5 m（防撞墻）+11.75 m（行車道）+0.5 m（防撞墻），采用瀝青混凝土鋪筑。設(shè)計(jì)荷載為公路Ⅰ級。下部結(jié)構(gòu)橋臺采用柱式臺，橋墩采用柱式墩，墩臺基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)。上部結(jié)構(gòu)采用C50混凝土，下部結(jié)構(gòu)除樁基礎(chǔ)、系梁、承臺采用C30混凝土外，其余均采用C40混凝土。橋梁立面布置如圖1所示。

2 T梁靜載試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)內(nèi)容

為確保工程的施工質(zhì)量，保證橋梁上部結(jié)構(gòu)在使用過程中具有足夠的承載力，在預(yù)應(yīng)力混凝土T梁預(yù)制場隨機(jī)選取一片T梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，驗(yàn)證預(yù)制T梁的剛度、強(qiáng)度、抗裂性是否滿足設(shè)計(jì)要求。本次單梁靜載試驗(yàn)主要測試預(yù)制T梁各截面的撓度、應(yīng)變、抗裂性等性能[3-5]。

2.2 控制截面及試驗(yàn)荷載的確定

運(yùn)用橋梁有限元分析軟件建立預(yù)應(yīng)力混凝土簡支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋單梁有限元模型，采用梁單元模擬。本次建立的單梁模型共有40個單元，41個節(jié)點(diǎn)。單梁有限元模型如圖2所示。根據(jù)有限元軟件計(jì)算結(jié)果可以得出位于跨中位置處為靜載試驗(yàn)的控制截面[6]。為保證試驗(yàn)準(zhǔn)確可靠，本次加載共分5級加載，分別為117.6 kN、235.2 kN、352.8 kN、470.4 kN、588 kN。控制截面位置處的試驗(yàn)內(nèi)力及荷載效率計(jì)算結(jié)果如表1所示。

2.3 測點(diǎn)布置

在預(yù)制T梁的L/4、L/2、L3/4處截面梁底均布設(shè)撓度及應(yīng)變的測點(diǎn)，同時對跨中腹板布置3個測點(diǎn)測試沿梁高的應(yīng)變變化情況。測點(diǎn)布置如圖3所示。在加載前后注意觀察T梁的腹板、翼緣板、梁底是否有裂縫產(chǎn)生，若有裂縫產(chǎn)生，則用裂縫觀測儀觀測各級加載情況下裂縫的變化情況[7]。

2.4 加載過程

試驗(yàn)采用MTS多通道結(jié)構(gòu)動態(tài)測試系統(tǒng)進(jìn)行加載，采用跨中對稱加載方式，加載時應(yīng)保證荷載均勻傳遞到預(yù)制T梁且不出現(xiàn)偏心受壓的現(xiàn)象。將作動器安置在分配梁正中，分配梁通過激光測距儀及尺量工具準(zhǔn)確放在預(yù)制T梁的加載位置。試驗(yàn)加載如圖4所示。

試驗(yàn)采用雙點(diǎn)式分級加載，分配梁之間的間距為2 000 mm。在正式加載前為了保證試驗(yàn)的安全及準(zhǔn)確進(jìn)行預(yù)加載，待預(yù)加載結(jié)束后，卸載至0 kN開始正式加載。本次試驗(yàn)加載分別按試驗(yàn)荷載的20%、40%、60%、80%、100%進(jìn)行分級加載，每級加載結(jié)束時記錄各測點(diǎn)撓度及應(yīng)變的數(shù)據(jù)[8]，然后進(jìn)行逐級卸載，記錄撓度及應(yīng)變的數(shù)值。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 撓度測試分析

通過對T梁各截面撓度進(jìn)行測試，得到試驗(yàn)結(jié)果如表2、表3所示。

由表2、表3可知，在各級荷載作用下預(yù)制T梁的各測點(diǎn)位置撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.91～0.92之間，符合規(guī)范中預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋校驗(yàn)系數(shù)<1的規(guī)定。最大相對殘余變形為6.83%，<20%，滿足《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》（JTG/T J21-01-2015）的相關(guān)要求。通過對預(yù)制T梁的單梁靜載試驗(yàn)撓度測試結(jié)果可以看出，該片T梁的剛度較好，恢復(fù)變形能力較強(qiáng)。

3.2 應(yīng)變測試分析

通過對T梁各截面梁底應(yīng)變進(jìn)行測試，得到試驗(yàn)結(jié)果如表4～6所示。

由表4、表5可知，在各級荷載作用下預(yù)制T梁的各測點(diǎn)位置應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.84～0.92之間，符合規(guī)范中預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋校驗(yàn)系數(shù)<1的規(guī)定。最大相對殘余變形為10.04%，<20%，滿足《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》（JTG/T J21-01-2015）的相關(guān)要求[8]。通過對預(yù)制T梁的單梁靜載試驗(yàn)應(yīng)變測試結(jié)果可以看出，該橋結(jié)構(gòu)受力情況較好，卸載后具有較好的彈性恢復(fù)能力。由表6可知，在各級荷載作用下沿梁高位置各測點(diǎn)的應(yīng)變實(shí)測值基本呈線形分布，符合平截面假定，實(shí)測中性軸位置與計(jì)算位置基本相符。

3.3 裂縫觀測分析

在靜載試驗(yàn)前、試驗(yàn)中及試驗(yàn)后均對T梁的外觀病害進(jìn)行了檢查，重點(diǎn)檢查是否有裂縫出現(xiàn)。試驗(yàn)前、試驗(yàn)中及試驗(yàn)后對T梁的腹板、底板、翼緣板分別進(jìn)行了檢查，均未發(fā)現(xiàn)裂縫出現(xiàn)，說明該T梁在荷載作用下，不會產(chǎn)生裂縫，滿足抗裂性要求，具有一定的安全儲備，可應(yīng)用于實(shí)際工程中。

4 結(jié)語

本文通過對預(yù)應(yīng)力混凝土簡支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁橋的單梁靜載試驗(yàn)，針對試驗(yàn)梁的撓度、應(yīng)變的實(shí)測值和理論值進(jìn)行了比較，得到以下主要結(jié)論：

（1）T梁各測試截面在各級荷載作用下的實(shí)測撓度值均小于相應(yīng)的理論計(jì)算值，且各測點(diǎn)的撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.91～0.92范圍內(nèi)，相對殘余變形在5.79%～6.83%范圍內(nèi)，均滿足規(guī)范要求，表明該T梁的豎向剛度滿足要求且具有較好的恢復(fù)變形能力。

（2）T梁各測試截面在各級荷載作用下的實(shí)測混凝土應(yīng)變均小于相應(yīng)的理論計(jì)算值，且各測點(diǎn)的應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.84～0.92范圍內(nèi)，相對殘余變形在5.05%～10.04%范圍內(nèi)，均滿足規(guī)范要求，表明T梁的各截面強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求且卸載后有較好的彈性恢復(fù)能力。

（3）T梁在加載過程中，均未發(fā)現(xiàn)有裂縫產(chǎn)生。通過對該試驗(yàn)梁單梁靜載試驗(yàn)結(jié)果及試驗(yàn)現(xiàn)象的綜合分析可以得知，試驗(yàn)梁的剛度、強(qiáng)度及抗裂性均滿足設(shè)計(jì)要求，該預(yù)制T梁可應(yīng)用于實(shí)際工程中。

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