橋梁梁板靜載試驗方法

橋梁單梁（板）靜載試驗解析一、序言隨著近來幾年來公路建設的發(fā)展，各種橋梁的建設也日漸增加，而因造價、工期、施工難度等各種因素的影響，大部分橋梁預制、吊裝的組合梁（板）橋，而在架設梁（板）前對單梁（板）及在成橋后對全橋做靜載試驗檢測設計可否安全、施工質(zhì)量可否滿足規(guī)范及設計要求的重要手段，在此，本文僅對架設前單梁（板）靜載試驗的程序及主要的注意事項作一簡單解析，并以《河南省平頂山市洛界公路王三莊橋20M先張法預應力鋼鉸線低高度箱梁靜載試驗報告》為例，并援以一些其他橋梁的單梁靜載試驗加以對照。示例中的橋梁為低高度預應力組合簡支箱梁，采用先張法鋼絞線，跨徑20M，計算跨徑19.5M，設計梁高95CM，每片梁寬244CM，主梁間用現(xiàn)澆濕接縫連系。二、試驗前的理論解析在試驗前應依照設計圖紙對橋梁進行結(jié)構(gòu)解析，以便確定試驗方法、荷載大小、測點部署等。（一）各梁（板）橫向分布系數(shù)的計算第一，應依照設計圖紙計算出各主梁（板）的截面幾荷特色值如面積、截面抗彎（抗扭）慣矩、主梁每延米抗扭慣矩，中性軸地址等。（采用毛截面或換算截面均可，依照過去經(jīng)驗，由兩者計算出的橫向分布系數(shù)的差異很小，可不予考慮。）爾后，依照梁（板）間的組合情況采用橫向分布系數(shù)的計算方法，如示例中的橋梁可采用G－M法、剛性橫梁法或兩者同時采用，取用最不利的情況，而若是是空心板橋則應采用鉸接板法。在橫向分布系數(shù)得出后，綜合考慮預制梁的情況（中、邊梁的預制寬度，截面幾何特色值等），取用最大的橫向分布系數(shù)，留待下一步解析時采用。（二）、計算二期恒載＋活荷載的各項內(nèi)力由于試驗時，預制梁已成形且鋼束張拉達成，即一期恒載已加載達成，因此計算的各項內(nèi)力應是二期恒載＋活載形成的，其中包括主梁（板）間的濕接縫（鉸縫）、橋面系、活載、沖擊荷載、溫度力、混凝土縮短徐變等，且各項荷載間應進行荷載組合，采用最不利組合計算其控制截面的彎矩、剪力等各項內(nèi)力，但此內(nèi)力值為全橋建成后主梁（板）全截面承受的二期恒載＋活載內(nèi)力值，而在某些情況下，預制梁比成橋時的截面尺寸要?。ㄈ缡纠械闹髁洪g有濕接縫），截面幾何特色值也要小一些，因此，應將內(nèi)力值依照各相關(guān)公式中預制梁與成橋后主梁全截面的截面幾何特色值的關(guān)系進行修正，爾后取用修正當成試驗的基礎數(shù)據(jù)。三、試驗前的準備工作（一）試驗梁的選擇：第一，應依照前一步計算結(jié)果，綜合比較中、邊梁（板）的內(nèi)力及換算截面幾何特色值，初步確定試驗的主梁（板）的種類。其次，應著眼于成橋后運營的安全，會同業(yè)主、設計、監(jiān)理、施工相關(guān)方面，依照施工情況及相關(guān)資料，采用施工質(zhì)量最差，成橋后最不安全的梁（板）做為試驗梁（板）。（二）、試驗方案依照前面理論解析中得出的預制梁（板）的控制內(nèi)力值，綜合考慮試驗現(xiàn)場的實質(zhì)情況及施工單位的實質(zhì)配合能力，本著安全、經(jīng)濟、高效的原則，采用試驗中的加載（卸載）方案、測點部署、試驗步驟、試驗臨時支座設置。（1）加載（卸載）方案：可采用貝雷梁、橫系梁加載，也可直接用龍門架吊裝另一片預制梁將其一端經(jīng)過油壓千斤頂架設在試驗架上，如荷載仍不足，可往上加載梁堆放重物。對照較而言，前兩者造價較高，準備時間較長，后者經(jīng)濟性好，準備時間較短而常被采用，示例中采用橫梁加載，在江西省南昌縣武謝大橋單梁靜載試驗中即采用最后一種方法。（2）加載地址及加載力的大小一般可采用一個（或兩個）大噸位油壓千斤頂（可量程）進行加載，千斤頂下一般墊有枕木或砼塊。一但加載的地址確定，即可由控制內(nèi)力計算加載力的大小，示例中試驗采用兩個油壓千斤頂均距離跨中1.5M處加載。以以下列圖：從安全角度考慮，且為使試驗數(shù)據(jù)與理論值的比較更為科學合理，試驗荷載應逐級加載。別的由于成橋后可能出現(xiàn)超載現(xiàn)象，在試驗中應加載超出控制內(nèi)力得出的荷載20％為宜（示例中即計劃這樣，因故示推行），分級可按20％、15％、10％的增量逐漸設置，卸載時也應逐級減小，但分級可相應減少。（3）各截面在試驗荷載下應力、應度、撓度、梁端角位移的計算。在確定試驗的加載方案后，即可按加載步驟計算出各級荷載下各控制截面的各項內(nèi)力，爾后由內(nèi)力及換算截面幾何特色值等計算出各截面的上下緣應力、撓度等，再可由應力應變間的關(guān)系計算各點理論應變值（一般近似認為梁（板）的某個截面為均質(zhì)彈性變形，因此有了截面上、下緣應變值及中性軸地址等可計算出該截面各點應變值）。如示例中的橋梁在未開裂的預應力混凝土構(gòu)件中各截面的應力計算可由《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》第條計算，公式以下：σ=N/A±M×y/I0(5.2.15-1)0式中：N、M—計算的縱向力和彎矩A0、I0—構(gòu)件換算截面面積和慣性矩—應力計算點到中性軸的距離由于試驗中預應力施加的縱向力已加載達成，試驗梁無縱向力，則得：=±M×y/I0而由以下公式可計算出各點的混凝土應變：ε=σ/E式中：E—混凝土彈性模量撓度的計算公式主要參照資料力學中的相應公式：f=ML/12EI0式中各參數(shù)同上。主拉應力的最不利斜截面（一般在支點周邊）可由《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》第條進行計算，在計算出該截面地址及相應的彎矩、剪力等內(nèi)力后可計算出該截面的理論值。有了理論撓度值今后，可由幾何關(guān)系計算梁端角位移。（4）測點地址及臨時支座的設置①應變測點：一般1/4跨、跨中、3/4跨截面的控制內(nèi)力為彎矩，而支點周邊處為主拉應力，因此，應變測點在以上各截面上的地址和部署方式有所不同樣，前者應測出豎直截面上各點應變，因此應沿豎直方向在梁（板）兩側(cè)平均部署五個（或五個以上）應變測點，后者則應在沿主拉應力最不利截面垂直于截面布設3~5個應變測點，以檢測該斜截面的主拉應力可否在同意范圍內(nèi)。②撓度測點：在檢測各控制截面的撓度時，可在截面下緣設置1－2個撓度測點，由于試驗過程中支點處也會有沉降，因此在支點下緣應同樣設置沉降測點。③梁端角位移可沿梁端面在必然距離上、下部署兩個測點。示例中以上各測點部署以下頁圖：由上圖可知，示例中支點處應變測點的部署無法測出支點周邊斜截面的主拉應力值，其他測點的部署則較為合理。④試驗中臨時支座的設置：臨時支座應在支座中心線處、考慮到試驗中荷載較大，應采用強度較高的資料制成（如砼塊），或直接放置設計支座，且臨時支座頂面應水平、干凈。（5）試驗器材的采用試驗器材應盡量采用較成熟可靠、采買方便或已有的設備。①梁（板）各控制截面應變值的檢測現(xiàn)多采用應變片貼附在測點處，用應變計讀數(shù)儀采集數(shù)據(jù)。②各截面撓度、梁端角位移的測定可用千分表、位移計等。③荷載加載力的大小可由有量程的油壓千斤頂控制。④裂縫的察看用有刻度的放大鏡，并記錄其裂縫的產(chǎn)生、發(fā)展情況。以上儀器中，應變片的應變系數(shù)、位移計、油壓千斤頂?shù)挠蛪罕?，應在試驗前在室?nèi)重新標定。四、試驗中的注意事項及數(shù)據(jù)采集（一）試驗中應將安全放在第一位，應充分考慮到各種危險可能性，必定使試驗在保證參加人員安全的情況下進行，試驗荷載必定逐級逐漸遞加，禁止突然增加較大荷載，卸載也是這樣。（二）試驗中出現(xiàn)以下情況時應及時中止試驗①試驗梁（板）有砼破碎、剝落的情況。②試驗梁（板）有裂縫超標，或裂縫產(chǎn)生后在荷載未增加的情況下不斷增大。③試驗梁（板）的撓度值超標且在荷載未增加的情況下不斷增大。④測試儀器出現(xiàn)異常且無法維修。⑤試驗梁（板）的支座、基礎出現(xiàn)破壞和異常沉降。⑥發(fā)生其他威脅人員安全或影響試驗正常進行的情況。（三）試驗數(shù)據(jù)的采集在試驗中，為保證試驗數(shù)據(jù)的可靠，每次增加荷載后，必定持荷5－10分鐘后方可讀數(shù)，且應每隔3－5分鐘讀數(shù)一次，一般當數(shù)據(jù)增量小于前一次增量的10％時，即可認為數(shù)據(jù)牢固可靠。數(shù)據(jù)記錄應采用儀器記錄與人工記錄同步進行、相互校核。五、試驗后數(shù)據(jù)分類、匯總及與理論值的比較（一）試驗數(shù)據(jù)的分類、匯總試驗中各荷載階段各測點記錄了大量的試驗數(shù)據(jù)，必定科學、合理的進行分類、匯總，以便下一步解析時使用。①應變數(shù)據(jù)第一，應將各應變測值按各自應變計試驗前標定的系數(shù)得出砼應變值，爾后，將各控制截面在每一荷階段的各點應變繪制成圖。為此可在圖上直觀的判斷截面可否在各荷載階段都處于彈性變形狀態(tài)及中性軸的變化情況。其次，將各荷載階段在梁（板）某一水平面上混凝土應變繪制成圖，判斷其變化可否與彎矩圖的變化相適應（示例報告未做此類解析）。最后，可將一些控制點（如各控制截面的上、下緣）在各荷載階段的應變匯總，解析該點混凝土應變可否與荷載變化相適應（示例報告未做此類解析）。②撓度數(shù)據(jù)第一，應將1/4跨、跨中、3/4跨等處各荷載階段的沉降值減去兩支點處相應荷載下的平均沉降值，得出以上各截面每階段的撓度值。其次，匯總各截面在每個荷載階段時的撓度值，判斷撓度變化可否與荷載的變化相適應。再將各荷載階段的撓度值匯總，判斷該階段梁（板）整體撓度的分布可否平均。③端角位移由梁端上下測點位移差除以測點距離即可得出。④各應變測點的應力可由應力、應變間的關(guān)系得出。（二）試驗數(shù)據(jù)與理論值的比較、解析在各試驗數(shù)據(jù)整理、分類、匯總達成后，應分別與相應的理論數(shù)據(jù)匯總成表或繪制成圖，進行互對照較，若是各測點試驗數(shù)據(jù)小于或等于理論值，則可說明各測點的應力、應變、撓度等滿足要求。若是有個別數(shù)據(jù)超出，則應解析可能的原因及數(shù)據(jù)可否可靠，在解析時，不但應比較試驗數(shù)據(jù)與理論值的差異可否在同意范圍內(nèi)，還應解析可否測試儀器出現(xiàn)異常。如在某個荷載階段試驗數(shù)據(jù)大部分超出理論值則說明施工質(zhì)量未滿規(guī)范及設計的相關(guān)要求。別的，還應比較試驗數(shù)據(jù)計算值（如中性軸地址、應力等）與理論值之間的差異，并解析可否在同意范圍內(nèi)。在報告中，宜將各種數(shù)據(jù)及其相對應的理論值繪制成圖，這樣不但可判斷各測點應力、應變、撓度、梁端角位移可否超出理論值，且可很直觀的判斷該試驗梁（板）在各荷載階段的應力、應變、撓度可否平均，梁（板）可否處于彈性工作狀態(tài)及在荷載變化時梁（板）的整體工作狀態(tài)的變化可否與荷載變化相適應。（三）試驗現(xiàn)場、施工情況對試驗結(jié)果的影響及修正試驗時，由于試驗梁的砼齡期、配合比、梁（板）預制尺寸的誤差等因素的影響，對試驗數(shù)據(jù)及理論值均應進行修正。第一，由于預制梁（板）時各部位尺寸存在必然誤差，應修正各截面幾何特色值，且因砼齡期、配合比等因素的影響，也應修正砼的彈性模量，爾后按上述值修正應力、應變、撓度的理論值。其次，砼彈性模量的修正將直接以致由試驗數(shù)據(jù)計算出的應力值必定隨之修正。在各個數(shù)據(jù)修正達成后，重新比較試驗數(shù)據(jù)與理論值的差異及其可否超出同意范圍。別的由于梁（板）預制尺寸誤差及試驗加載不可以能達到理想狀態(tài)，且試驗儀器也總會存在誤差，會以致荷載地址、荷載大小，測點地址都存在必然誤差，測試數(shù)據(jù)自己出現(xiàn)不對稱、不平均現(xiàn)象，試驗報告中也應注意解析誤差可否會影響到整個試驗數(shù)據(jù)的判斷。（四）試驗數(shù)據(jù)的棄取在試驗數(shù)據(jù)中偶而會出現(xiàn)個別數(shù)據(jù)突然不正常的偏大或偏小，此時應解析其產(chǎn)生的可能原因及對試驗整體數(shù)據(jù)的影響以決定對其的棄取。當數(shù)據(jù)偏大時，第一應解析儀器工作可否正常，其次，若是其他相關(guān)數(shù)據(jù)均小于理論值，則可棄用該數(shù)據(jù)。當數(shù)據(jù)偏小時，則經(jīng)常是儀器工作不正常以致，如應變片與砼的粘附有松動，干分表（位移計）與梁體的接觸有零散或其支座碰到不測攪亂，可棄用該數(shù)據(jù)。六、試驗報告中的結(jié)論在經(jīng)綜合解析試驗數(shù)據(jù)自己及其與理論值的差異，并解析試驗中梁（板）的應力、應變、撓度等，判斷試驗梁（板）在各個荷載階段的工作狀態(tài)及其變化，裂縫的產(chǎn)生及其發(fā)展情況，即可得以下結(jié)論：被試驗梁滿足設計荷載下的使用要求，可在本橋中使用，施工質(zhì)量基本滿足規(guī)范及設計的相關(guān)要求。七、示例中試驗及其報告的不足之處（一）未進行全橋的結(jié)構(gòu)解析，如橫向分布系數(shù)的計算，各截面控制內(nèi)力、應力、應變、撓度的計算，支點周邊斜截面主拉應力的計算等，而可是簡單的依照設計單位供應的一個跨中彎矩作為試驗的控制內(nèi)力，這樣使該試驗的理論依照不足，對試驗結(jié)論的科學性、慎重性造成影響。（二）試驗中的控制內(nèi)力未按預制梁截面與成橋后主梁全截面的幾何特色值在相關(guān)公式中的關(guān)系進行修正。（三）