钢筋混凝土预制梁静载试验分析与研究

李 科

(广东省冶金建筑设计研究院，广东 广州 510080)



桥梁工程

钢筋混凝土预制梁静载试验分析与研究

李 科

(广东省冶金建筑设计研究院，广东 广州 510080)

主要是以坑塘径小桥为背景，对桥梁进行设计分析，提出钢筋混凝土预制梁静载试验模型，并对静载试验模型进行理论分析，并通过现场静载试验证明了梁的施工质量是合格的，同时验证此钢筋混凝土梁设计理论与现场实际基本吻合。

设计分析；静载试验模型；理论分析；现场静载试验

1 设计概况

惠深高速公路改扩建工程K31+947.648处为坑塘径小桥，孔径为1×8 m，旧桥评定了一类桥，建议保留利用，我们设计采用新建桥梁与旧桥拼宽，上部结构为钢筋混凝土空心板，左右幅均为加宽5 m，下部墩台采用桩柱式，桥面铺装为11沥青混凝土+10钢筋混凝土铺装，设计荷载为公路一级。空心板截面几何尺寸如图1所示，空心板中截面主主筋为20根I18，布置图如图2所示，截面特性如表1所示。

图1 梁横断面图

图2 中截面主筋配筋图

A0I0Y0下截面面积/m2抗弯惯矩/m4)中性轴至梁底距离/m0.30870.00550.1991

2 静载试验理论分析

2.1 静载试验模型

对单体梁来说，受试验现场条件限制，往往以施加荷重的方法(例如：用钢筋、钢绞线、水泥等)来模拟某一等级的车辆荷载，试验荷载加载方法一般也可根据试验现场条件来确定。就地取材采用钢筋作为加载荷载，用均布荷载来模拟梁板受力的状态，图3为均布荷载加载到梁的跨中的模型图。

图3 静载试验模型图

2.2 静载试验控制弯距计算

采用MIDAS对桥桥梁加宽部分进行独立分析，计算模型如下。

根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60 2004)，计算出空心板下在汽车活载下最大弯距，对于汽车效应，根据设计规范记入冲击系数，经计算在公路一级荷载作用下，中板中截面的最大弯距是112.3 kN·m，该桥桥面铺装为11沥青混凝土+10钢筋混凝土铺装，经计算二期恒载作用下，中板中截面最大弯距36.3 kN·m。

预制梁自重引起的梁的应力、应变，在静载试验时已经产生，故试验荷载应不计入梁的自重，预制梁的试验荷载按其下缘应力与正常使用状态下单梁下缘应力相等的原则，计算成桥状态截面特性考虑5 cm整体化层参与结构受力，静载试验时要考虑刚度替换，将汽车活载与二期恒载重叠在一起，刚度替换后，最大的控制弯距为113.9 kN·m。

2.3 静载试验应变与挠度理论计算

简支梁跨中加载均布荷载，最大弯矩在跨中

梁的自重产生的跨中弯矩

对钢筋混凝梁在控制弯矩及自重产生弯矩组合作用下，梁里弯曲竖向裂缝已形成并开展，中和轴以下大部分混凝土已经退出工作，由钢筋承受拉力，但应力还小于其屈服强度，梁进入开裂后弹性阶段，需将钢筋和受压区混凝土两种材料组成实际截面换算成钢筋混凝土开裂截面的换算截面，并计算出开裂截面抗弯惯矩Icr

式中：x为受压区的高度；h0为截面有效高度；b为截面有效宽度；αEs为钢筋混凝土构件截面换算系数；αEs=Es/Ec

As为钢筋截面积。

那么控制弯矩在跨中截面上缘和下缘产生的应变

同样由于受到裂缝的原因，钢筋混凝土梁刚度会变小，对钢筋混凝土受弯构件，《公路钢筋混凝土桥涵设计规范》计算变形时的抗弯刚度为

式中：B为开裂构件等效截面的抗弯刚度；B0为全截面的抗弯刚度，B0=0.95EcI0；Bcr为开裂截面的抗弯刚度，Bcr=EcIcr；Mcr为开裂弯矩；Ms为按短期效应组合计算的弯矩值；γ为构件受拉区混凝土塑性影响系数；γ=2S0/W0；I0为全截面换算截面惯性矩；Icr为开裂截面换算截面惯性矩；ftk为混凝土轴心抗拉强度标准值。

这样就可以计算控制弯矩在钢筋混凝土预制梁跨中挠度

4 现场静载试验

现场加载成捆的钢筋施加均布荷载，加载方式采用三级加载，加载示意图详见图4。

图4 加载示意图

钢筋加载重量详见表2。

表2 钢筋重量一览表

根据实际加载跨中截面的弯矩为113.85 kN·m，理论计算跨中截面的弯矩为113.9 kN·m。故静载效率糸数为113.85/113.9=1.000，符合《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/TJ21-2011)8.1.2规定的 0.95≦η≦1.05要求。

在试验空心板的跨中及支座处设有百分表测量其挠度及支座沉降，在每级荷载作用下的跨中截面测试数据及理论计算数据见表3。

表3 挠度测试结果

注：表中正表示板底下挠

由表3可知，在满载情况下，挠度校验系数为(5.298-0.290)/5.576=0.898，相对残余值为0.29/5.298=5%，符合《公路桥承载能力检测评定规程》(JTG/TJ21-2011)8.3.1条规定。

在试验板跨中截面的上缘和下缘粘贴电阻应变片，用BZ2205-40型应变仪测量加载过程中的应变情况。在每级荷载作用下跨中截面测试数据及理论计算数据, 见表4。

表4 应变测试结果(单位με )

由表4可知，空心板上缘应变校验系数为(-168-(-15))/(-198)=0.773，相对残余值为(-15)/(-168)=9%，下缘应变校验系数为(278-27)/326=0.770，相对残余值为27/278=10%，符合《公路桥承载能力检测评定规程》(JTG/TJ21-2011)8.3.1条规定。

静载试验前、试验过程中及试验后，均对该空心板结构跨中附近过行了裂缝监测，静载试验前，该空心板末见可见裂缝，加载至第三级时，对空心板进行仔细观察，发现跨中截面附近出现有多条竖向裂缝，最大裂缝宽度为0.12 mm，在距离跨中截面0.2 m位置，卸载后，裂缝闭合状况良好，闭合后最大裂缝宽度为了0.04 mm，裂缝情况符合《公路桥承载能力检测评定规程》(JTG/TJ21-2011)8.3.1条规定。

5 结 语

通过对静载试验模型理论分析以及现场静载试验，证明了梁的施工质量是合格的，同时验证此钢筋混凝土梁设计理论与现场实际基本吻合，为以后的梁静载试验以及钢筋混凝土梁的设计提供了一定的借鉴作用。

[1] 周叶明，曾明杰. 预制小箱梁单梁静载试验及与承载能力评定分析[J]. 中外公路，2015，(5).

[2] 杨永华，陈以一,连续开孔梁的抗弯刚度和挠度的等效计算[J]. 结构工程师，2006，(6).

[3] 马云锋，陈军生. 桥梁单梁静载试验[J].中外公路，2006，(3).

A dissertation on analysis and research on reinforced concrete beam static loading test

LI Ke

(Guangdong Metallurgical and Architectural Design Institute,Guangzhou,Guangdong 510080，China)

This article is based on the small Kengtangjing bridge as the background, design and analysis of proposed model of precast reinforced concrete bridge,beam static loading test, and the static load test model by theoretical analysis, and through the field static load test proves that the construction quality of the beam is qualified, and to verify the design theory and the beam field of reinforced concrete actual match.

design analysis;static load test model;theoretical analysis;field static load test

2016-11-13

李科(1985-)，男，湖南人，工程师，主要从事桥梁与隧道设计工作。

U442

C

1008-3383(2017)05-0092-02