单片预应力混凝土空心板梁静载试验及分析

简支预应力混凝土空心板单梁静载试验分析

周术明

（湖南城市学院益阳413000）

摘要：通过对某市城际干道梁场内20 m预应力混凝土空心板简支单梁静载试验过程的介绍，试验结果及数据分析表明该试验方法简单有效，能够充分评估存在麻面、尺寸缺陷梁体的整体抗弯性能，并能反映梁体顶底板尺寸缺陷，可以为同类桥梁检测评估工作提供有益借鉴。关键词：麻面尺寸缺陷空心板静载试验

1 工程概况

某市**简支2×20m预应力混凝土空心板桥位于的城际干道上，桥梁全长46.84m，桥梁宽度：2×（净10.75+2×0.5m栏杆+0.25m空隙），全宽24米，每幅横向由9块空心板组成，设计荷载等级：公路Ⅰ级。

在目前己预制完成的部分空心板梁腹板外表（特别是倒角位置）存在麻面及起鳞现象（见图1），经施工单位排查，初步判断为脱模油剂成酸性所致，另外业主发现个别梁体顶板厚度低于设计值。为了判断上述缺陷是否会对结构整体抗弯性能产生影响，特选取比较严重的一片梁进行单梁静载试验。

图1 腹板混凝土麻面、起鳞

2 试验方案

2.1 试验荷载

依据建设单位提供的施工图纸，按标准加载车辆轴重及轴距等参数进行布载，采用铰接板法按两车道计算荷载横向分布系数；按04《桥规》设计荷载标准，在跨中截面的弯矩内力影响线（见图2）上按最不利位置布置集中力237kN，计入冲击系数1.26后考虑荷载横向分布系数及汽车荷载分项系数确定承载力极限时的设计弯矩效应；最后考虑《大跨径混凝土桥梁试验方法》中有关荷载效率定为：0.8≤η≤1.05的建议，确定配重的加载数量和位置。

本次试验加载采用混凝土块配重，混凝土块尺寸为1m×1m×1.5m，重3.75吨，试验共加载4个混凝土块，分3级加载到位，效率系数见表2-1。

跨中最大正弯矩影响线

跨中

图2 跨中最大正弯矩影响线

表1 跨中最大正弯矩工况荷载效率系数表

工况名称设计荷载效应kN.m 等效荷载效应kN.m 效率系数% 跨中最大正弯矩769 686 89.2

2.2 测点布置及加载方法

挠度测试：将试验梁、枕木及支座安装就位，在支点、四分点及跨中截面通过支架安装百分表，测量加载前后各测点挠度的变化量，研究梁体整体抗弯刚度。

应变测试：在四分跨截面上下缘及跨中截面沿梁高四等分点位置安装弦式应变计作传感元件，将弦式应变计通过强力胶固定在被测构件的测点位置，采用振弦检测仪进行应变测试，获得应变校验系数及截面中性轴高度。

加载方法：试验采用吊车将混凝土块吊至板梁跨中部位，分3级加载到位，一次性卸载。测点布置及加载方式如图3所示（编号①～⑤为百分表；编号1～9为弦式应变计）。

图3 跨中最大正弯矩工况加载及测点布置示意图

2.3 试验程序

试验开始前及加载过程中须对梁体进行检查，看有没有裂缝产生及其发展情况，还是否存在其他缺陷。

（1）初始值采集完毕后，按工况-1级加载到2个混凝土块，测试数据基本

稳定15分钟后读数。

（2）按工况-2级加载到3个混凝土块，测试数据基本稳定10分钟后读数。

（3）按工况-3级加载到4个混凝土块，测试数据基本稳定10分钟后读数。

（4）按工况-4级卸载全部混凝土块，测试数据基本稳定30分钟后读数。

试验人员应监测数据的变化情况，如有数据突变、数值过小或过大等异常现象，应及时进行分析判断，找出问题原因，决定是否进行下一步加载。

3 试验结果及分析

3.1 梁体竖向变形情况

跨中最大正弯矩工况梁体挠度值随荷载变化分别见表1、图4～5。

表1跨中最大正弯矩工况控制截面挠度值（单位：mm）

112.5kN 4.83 3.927.24 5.47 4.83 3.14 150kN 6.45 4.799.67 6.53 6.45 4.68卸载0 0.100 0.460 0.70

图4各控制截面挠度随荷载变化曲线

由表1及图4～5可知，梁体在最大试验荷载作用下，跨中挠度随荷载基本成线性变

化，最大弹性挠度值为6.07mm，小于规范容许值L/600=32.1mm，且校验系数为0.63，说明梁体抗弯刚度满足设计要求，同时具备一定的安全储备。

3.2 应变情况

跨中最大正弯矩工况梁体应变值随荷载变化分别见表2、图4～5。

表2跨中最大正弯矩工况控制截面应变值（单位： ）

测点加载等级

测点1 测点2 测点3 测点7 测点8 测点9

理论

值

实测

值

理论

值

实测

值

理论

值

实测

值

理论

值

实测

值

理论

值

实测

值

理论

值

实测

值

13817 -34-16 7449-67-373823 -34-14 25637 -51-33 11286-101-605636 -51-34 37545 -68-47 150109-135-777550 -68-40 卸载0 2 0-5 0-7 0-3 0 5 00

由表2及图6～7可知，跨中截面应变直线分布，基本符合平截面假定，中性轴高度为

40cm，多级加载作用下位置稳定，小于设计截面中性轴高度46cm，说明板梁顶底板尺寸与设计值存在一定差异，顶板厚度偏薄；跨中截面上下侧应变-荷载曲线近似线性变化，最大试验荷载作用下，上、下缘压、拉应变分别为109με、-77με，换算应力分别为3.67Mpa、-2.65 Mpa，下缘拉应力小于预压应力与混凝土标准抗拉强度之和11.6 Mpa，同时校验系数分别为0.73、0.57，说明梁体抗弯强度满足设计要求，同时具备一定的安全储备。

3.3 裂缝情况

试验前观测到梁体局部位置有少量施工裂缝，加载过程中没有发展，同时末发现有结构性裂缝产生。

4 结论

通过对0-2右3号中板进行静载试验可知，荷载效率系数为0.89，挠度校验系数为0.63，说明梁体抗弯刚度满足设计要求，同时具备一定的安全储备；试验加载过程中，梁体没有出现结构性裂缝，支座两端封锚混凝土末有异常现象发生，各测点的应变值随荷载均匀变化，末出现突变情况，故判定板梁的抗裂安全系数大于或等于1.00；应变沿梁高的变化反映了中性轴下移，说明顶板厚度较设计值偏小，但仍满足抗弯强度要求，建议加强桥面刚性铺装，防止重车轮重集中荷载作用下对顶板可能造成的损坏。

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