单梁静载试验采用悬吊废梁快速加载检测技术

梁勇旗

（高沁高速公路建管处，山西 晋城 048000）

1 概述

近年来高速公路发展迅速，各种桥梁的建设也日渐增加，为适应道路线形各种类型的桥梁被应用于高速公路，而传统的预应力混凝土T梁桥因安装及制作方便、受力形式明确、能批量生产与节约工程造价等仍被广泛使用。单梁静载试验是通过对梁体直接加载并利用各种试验仪器来检测梁体的应变和挠度，从而确定梁体在外力作用下所发生的变化和梁体的整体工作状态的试验方法[1]，检测单梁在试验荷载作用下，其控制截面的实际受力性能和变形性能能否满足设计及使用要求，以及单梁在试验荷载作用下的实际工作状况。

但传统的现场单梁检测的过程往往费工费时，影响施工，不被施工单位所接受，尤其在一次性检测几十片单梁时，缺点更加明显，在某新建高速公路某主线桥施工过程中，因各种原因，需对已预制完成的共计38片T梁进行单梁静载试验，为加快试验效率，不影响施工工期，采用了悬吊废梁快速加载检测技术，对缺陷T梁进行了快速检测，仅花费14 d即完成了全部T梁的检测工作，既达到了试验目的，又不影响施工单位的下一步施工，取得了良好的经济技术效果。

2 加载方式的探讨

根据试验梁目前状态可分为3类，第一类为在梁厂未安装的梁，第二类为已安装但未与其他梁连接的梁，第三类为已安装且与其他梁连接的梁。对于第一类试验梁，传统方法通常采用千斤顶反力或者使用重物加载；第二类试验梁通常只能采用重物加载；第三类梁已无法进行单梁试验，一般通过其他方法测试梁承载能力（通过成桥荷载试验）、混凝土强度（通过钻芯法）等指标。本实例中单梁均为第一类梁。

在第一类梁的试验中，对不同的加载方式进行比较，重物加载方式费时费力，需要多名工人进行操作，加载速度较慢，且如果重物是沙袋，经常被钢筋挂破漏沙或者袋子完全破裂，需要进行处理（见图1），并需要对人员与仪器进行一定的保护工作。使用钢绞线加载时，因钢绞线需要吊装几十次，一旦成捆钢绞线的绑扎钢条断开，钢绞线将全部散开，具有一定的危险性。而千斤顶反力加载一般情况下需制作配重架、工字钢主梁等反力加载的锚固装置（见图2），制作起来繁琐费力，通常检测一片梁，就需要施工单位安装一次锚固装置和配重架等，如果一次检测几十片梁，在每片梁检测前需要将检测的单梁吊到安装好锚固装置的位置，检测一片梁往往需要2～3 d；而使用悬吊废梁快速加载检测技术（见图3），待检测单梁在现有位置上无需移动，不需要安装额外的反力架，利用梁厂现有的龙门吊及一组标定过的液压千斤顶及油压表，使用电动油压泵即可操作，一片梁准备完成开始加载后，另一组人即可准备下一片梁，加载完成后，只需要移动龙门吊车将废梁移动到另一片梁上后即可以加载，通过这种方式加载，一天可以检测2～3片梁，大大加快了成批单梁的检测效率。

图1 使用重物加载

图2 反力梁千斤顶反力加载

图3 悬吊废梁千斤顶反力加载

3 测试实例

3.1 工程概况

某高速公路主线桥上部结构设计为预应力混凝土T梁，全部采取现场预制。施工期间，适逢低温季节，因养护原因造成T梁外观质量欠佳。架设前，虽经回弹测试梁体质量能够达到设计标准，但从安全角度考虑，在不影响施工的前提下采用单梁静载试验进行复核，以确定梁体的施工质量。因检测单梁的数量较多，施工单位工期紧，试验加载方法采用悬吊废梁快速加载检测技术。

3.2 单梁内力的计算

根据施工图纸有关技术资料，对试验单梁进行了计算，计算程序采用桥梁博士，在模型中先对T梁进行横向分布计算，然后计算跨中弯矩值，计算中跨中弯矩值应考虑了二期恒载（防撞墩、桥面铺装荷载）、负弯矩钢绞线张拉消压作用及汽车荷载。采用梁厂现有的龙门吊及一组标定过的液压千斤顶（120 t）及油压表实现跨中弯矩控制值（加载效率控制在0.95～1.05之间），为减小加载时油压表的读表误差，千斤顶应尽量采用满足加载量程后的最小量程，单梁试验控制内力计算值见表1。

表1 单梁试验控制内力计算值

3.3 加载程序

a）预压 从零开始分级逐级加载至弯矩控制值的70%，每级稳定5～10 min，达到最大加载荷载后稳定30 min以上，并达到加载稳定后再分级卸载至零荷载。根据实际采集数据，分析数据是否有异常。

b）正式加载 从零开始分级逐级加载至弯矩控制值，每级稳定5～10 min，达到最大加载荷载后稳定30 min以上，并达到加载稳定后再分级卸载至零荷载。每级荷载加载完成基本稳定后采集一次数据。

3.4 加载力值

采用在T梁跨中及横向中心放置千斤顶，通过与千斤顶配套的油表读数，实现跨中弯矩控制值（加载效率宜控制在0.95～1.05之间），试验荷载示意如图4所示。分级加载荷载及对应的内力值见表2、表3所示，悬吊废梁的重量为60 t，悬吊废梁重量可以满足中跨及边跨T梁的最大加载力值。

图4 试验荷载示意（单位：m）

表2 中跨T梁各级加载荷载值及对应的内力值

表3 边跨T梁各级加载荷载值及对应的内力值

3.5 安全保障措施

a）为了加载过程中的安全，悬吊废梁的重量应比最大加载力值大10～20 t，以便悬吊废梁的两侧钢丝绳也承担一部分的荷载，保证废梁在加载过程中处于比较稳定的状态。

b）在测试的T梁的两端头支点的位置，应各设4～6道斜撑，保证在加载过程中，T梁不会倾倒。

c）千斤顶与反力梁、试验梁之间应各垫一块厚度5 cm左右的钢板，千斤顶的圆心、钢板的中心先放置在试验梁纵向及横向中心，调整反力梁的纵向及横向中心对准千斤顶上钢板的中心。此外在进行中跨T梁加载时，反力梁的纵向位置也可不位于纵向中心，可根据计算将反力梁放在距离一端端头3～5 m的位置。

d）T梁两端头梁底应放置橡胶支座，橡胶支座的型号、放置位置应尽量与设计要求一致。

3.6 试验方法比较

通过从梁厂待检测梁中选取一片预制T梁分别进行重物加载和悬吊废梁加载后的数据进行分析比较，两片T梁跨中在最大荷载下挠度相差为0.23 mm、应力相差0.12 MPa，其应力与挠度的校验系数，除加载一在悬吊废梁加载情况下校验系数稍大外，其余各加载程序下两种加载方法校验系数基本相同。表明悬吊废梁对梁场预制T梁进行快速加载的结果是可行的，可以代替常规重物加载及设置反力梁加载。尤其是对梁厂未安装的批量梁进行检测时，传统加载检测方法费工费事，影响施工，而采用悬吊废梁快速加载检测技术，因无需使用起重机对重物进行吊装、无需工人对重物进行摆放等，比传统加载检测方法效率要高，节约的时间为几倍以上，同时需要的材料、设备都很少，现场人员也不需要太多，既达到了试验目的、缩短了检测时间、节约了检测成本，又满足了施工单位工期紧的要求。

4 结束语

本测试实例中采用的悬吊废梁快速加载检测技术，对于梁厂未安装的梁进行批量检测时，具有传统重物加载与反力梁千斤顶加载无法比拟的效率，节约的时间为几倍以上，同时需要的材料、设备都很少，现场人员也不需要太多，既达到了试验目的、缩短了检测时间，又满足了施工单位工期紧的要求，是一种新型、高效率、更经济的单梁检测方法。