基于静载试验的公路桥梁预制单梁板承载能力评定

肖宏笛 史晓贞

随着近年我国公路交通建设的快速发展，各种公路桥梁的建设也日渐增多。而预制装配式梁板以其受力明确、施工简便、工艺成熟、质量容易把控、经济美观等优点在我国中小公路桥梁的建设中得到了广泛应用。为了对预制梁板的施工质量进行控制，在架设梁板之前，需要对单梁板的承载能力进行评定，确认其施工质量是否满足规范及设计要求。而现有规范对公路桥梁预制单梁板承载能力评定的方法并没有给出明确规定，与公路桥梁单梁板承载能力评定相关的研究也不多。本文主要依靠工程实例，探讨基于静载试验的公路桥梁预制单梁板承载能力评定。

一、单梁板承载能力评定理论分析

本文主要参考铁路单梁承载能力评定过程中通过内力等效来确定试验荷载的方法，并按照公路桥梁荷载试验的规定，通过静载试验的方法来评定公路桥梁单梁板的承载能力。

本文取用成桥状态下汽车荷载标准值(含冲击力)和二期恒载作为设计荷载，以跨中截面作为试验控制截面，通过结构分析程序计算设计荷载作用下的单片梁板在成桥状态下的跨中弯矩，然后按照弯矩等效原则(即裸梁在试验荷载作用下的弯矩与成桥状态下的弯矩相等)，反算出裸梁的试验荷载。

二、工程概况

某桥桥跨布置为4×13m，桥宽12.75m，上部结构采用10片预应力混凝土简支空心板结构。设计荷载标准为公路-I 级。桥梁横断面图见图1，计算参数见表1 。

图1 跨中横断面图（单位：cm）

表1 计算参数

三、静力荷载试验

1.试验内容

静载试验主要是对预制空心板的抗裂性、强度、刚度等进行测试，具体体现为在试验荷载作用下裂缝观测、应变和挠度的测试。

2.测点布置

以跨中截面作为应力应变控制截面，以1/4L、和1/2L0及3/4L0支点附近截面作为挠度控制截面（图2）

图2 跨中截面应变、挠度测点布置图

3.试验加载

根据试验梁板的荷载横向分布系数，通过有限元软件Midas Civil 2017建立梁板单梁模型（图3），计算设计荷载作用下的单片梁板在成桥状态下的跨中弯矩（表2）。

图3 计算模型

表2 弯矩计算结果

以跨中弯矩等效原则，建立试验梁模型，确定试验荷载（表3）。考虑现场实际情况，试验加载方式采取在梁板跨中9m范围内放置配重梁块（图4），以均布荷载的形式分七级加载、两级卸载。

图4 加载示意图

表3 加（卸）载程序

四、测试结果及其分析

1.裂缝检测

试验前对试验梁板进行外观质量检查，未发现裂缝，试验过程中、试验结束后也未发现裂缝。

2.应变测试结果及其分析

各测点在试验荷载作用下，应变测试结果及其分析见表4、图5、图6。

表4 试验荷载满载作用下各测点应变测试分析结果（单位：με）

图5 应变测点分析结果对比图

图6 实测应变沿截面高度分布图

根据表4及图5可知：在试验满荷载作用下，实测应变小于理论应变，应变校验系数最大为0.81，满足规范规定的不大于1的要求，说明该梁板混凝土实测强度满足试验荷载要求；卸载后，相对残余应变最大为14.3%，满足规范规定的不大于20%的要求，说明梁板处于弹性工作状态。根据图6可知，实测弹性应变沿截面高度的线性关系良好，符合平截面假定；实测中性轴高度为0.295m，与理论值0.301m基本吻合。

3.挠度测试结果及其分析

将挠度测试数据经支点沉降修正后，计算出梁板各个测试截面在试验荷载作用下的挠度值，测试结果及其分析见表5、图7、图8。

表5 支座修正后实测挠度分析

图7 挠度沿跨径方向分布曲线图

图8 测点挠度-荷载关系曲线

根据表5及图7可知，在试验满荷载作用下，实测挠度小于理论挠度，挠度校验系数最大为0.74，满足规范规定的不大于1的要求，说明梁板的刚度满足设计要求；相对残余挠度最大为11.5%，满足规范规定的不大于20%的要求，说明梁板弹性工作正常。根据图8可知，加（卸）载过程中荷载挠度曲线基本呈直线，说明该梁板在试验荷载作用范围内基本处于弹性工作状态。

4.结论

通过对该单梁的抗裂性、强度、刚度三个方面分析评定，可知该单梁的承载能力满足规范及设计的要求。

五、结语

随着这种装配式梁桥的广泛应用，为了控制施工质量对单梁板承载能力进行评定，将成为这种装配式桥梁建设和运营管理期间一个重要的组成部分。本文借助工程实例，通过静载试验的方法，从该单梁的强度、刚度、抗裂性三个方面对其承载能力进行评定，评定方法科学、可靠，评定过程清晰、明了，评定结果准确、合理，对类似单梁承载能力的评定具有一定的参考价值。