预应力空心板桥静载试验分析

陶永靖 贾艳敏* 郭东升

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

0 引言

近年来交通运输业的高速发展给桥梁建设带来了良好的发展机遇，但在加快桥梁建设的同时，必须通过先进的科技水平提高工程建设质量。对于某些重要的桥梁结构，在竣工后需要通过桥梁检测考察该桥的施工质量与结构性能，以此来判断桥梁结构的实际承载能力，为后期验收、运营阶段提供科学的依据，并可以充实和发展类似桥梁结构的设计理论资料。静载试验需要确定试验荷载作用于使用与试验桥梁的预定加载位置，获取位移及应力参数，分析桥梁在静载作用下的工作状态。

本文结合黑龙江省境内的一座预应力混凝土简支空心板桥，选取2-6 梁为试验梁，介绍了其静载试验的具体过程，利用有限元软件Midas/civil 确定静载试验方案，同时通过试验得到跨中截面挠度与应力应变数据，将软件分析的数据与实测数据对比可以对试验梁的工作状况进行评定，为该桥后期的安全运营提供理论依据。

1 工程概况

本桥中心桩号为K58 +188，上部构造采用6 m×20 m 预应力混凝土简支空心板。空心板梁为C50 混凝土，斜交角为120°，主梁宽度为1.24 m，桥梁净宽采用(9 +2×0.5)m。下部构造为柱式墩台，墩台基础均采用钻孔灌注桩。设计荷载等级为公路—Ⅰ级;预应力钢筋采用抗拉强度标准值fpk=1 860 MPa，公称直径d=15.2 mm 的低松弛高强度钢绞线。

梁横断面几何尺寸如图1 所示。

2 试验内容

2.1 测点布置

在试验梁支点断面分别布设两块百分表，跨中和L/4 断面梁底沿主梁纵轴对称布设两块百分表，共设8 块表;在跨中两侧各布设5 个千分表应变测点、5 个电阻应变片应变测点，共计20 个。测点布置情况如图2，图3 所示，现场测点布置情况如图4，图5 所示。

图1 中梁横断面图（单位：cm）

图2 跨中断面测点布置图

图3 挠度测点布置图

图4 跨中现场测点位置

2.2 试验工况

采用桥梁博士软件求出第二跨第6 片梁最大横向荷载分布系数为0.26，计算汽车效应时冲击系数为0.2。根据当地实际情况，本次静载试验采用沿试验梁长度方向施加集中力荷载方案，现场加载情况见图6，具体加载位置如图7 所示。

3 试验结果分析

图5 现场挠度测点

图6 现场加载

图7 加载装置示意图

3.1 静载试验荷载效率

利用Midas 软件建立单梁的模型如图8 所示。静载试验加载的充分程度可采用静载试验效率来评价，静载试验效率的公式为:

图8 2-6 梁的Midas 模型

按规范计算得冲击系数μ=0.20，得到试验效率为0.96。因此本次试验的静载试验效率ηq满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》的建议值0.95～1.05 之间，试验荷载所产生的力学效应能够满足桥梁使用状态检验的要求。

3.2 跨中截面挠度测试分析

在试验荷载作用下，通过读取百分表读数，同时结合软件分析其理论挠度值，得到试验梁跨中截面挠度的检测结果见表1。

表1 跨中截面挠度检测结果

表1 数据表明，在试验荷载作用下，试验梁跨中截面挠度校验系数均小于1，说明试验梁2-6 的实际竖向刚度好于理论状况;同时试验梁跨中两侧点相对残余变形均小于20%，表明梁满足公路桥梁承载能力评定规范要求的工作状态。

3.3 跨中截面应力应变分析

主梁混凝土应变的实测数据表明，混凝土应变沿梁高的分布规律基本符合平截面假定，为了获得混凝土应变的最佳试验公式，采用最小二乘法对主梁混凝土应变实测值进行误差处理。根据实测应变值，试验梁2-6 的应变沿梁高的分布曲线见图9。

图9 2-6 梁A，B 面混凝土应变试验曲线

根据最佳试验曲线，由胡克定律可以求得相应测点的混凝土实测应力，将其与试验荷载理论计算值比较得到应力校验系数，见表2。

表2 跨中截面应力检测结果 MPa

表2 数据表明，在试验荷载的作用下，试验梁混凝土下缘和下缘结构校验系数均小于1，说明结构强度满足使用要求。

4 结语

1)试验梁跨中截面挠度校验系数均小于1，说明试验梁的竖向刚度满足公路—Ⅰ级要求。

2)在卸除试验荷载后，控制截面残余变形为14.72% 和19.13%，小于20%，残余挠度在规定值允许范围之内，说明主梁的弹性工作效率正常。

3)在试验荷载作用下，混凝土的应变沿梁高呈线性变化，符合平截面假定。

4)在试验荷载的作用下，试验梁跨中截面混凝土上缘与下缘结构的应力校验系数均小于1，均满足设计要求。

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