桥梁梁(板)静载试验方法

桥梁单梁（板）静载试验分析

一、序言

随着近年来公路建设的发展，各种桥梁的建设也日渐增加，而因造价、工期、施工难度等各种因素的影响，大部分桥梁预制、吊装的组合梁（板）桥，而在架设梁（板）前对单梁（板）及在成桥后对全桥做静载试验检测设计是否安全、施工质量是否满足规范及设计要求的重要手段，在此，本文仅对架设前单梁（板）静载试验的程序及主要的注意事项作一简单分析，并以《河南省平顶山市洛界公路王三庄桥20M先张法预应力钢铰线低高度箱梁静载试验报告》为例，并援以一些其它桥梁的单梁静载试验加以比照。

示例中的桥梁为低高度预应力组合简支箱梁，采用先张法钢绞线，跨径20M，计算跨径19.5M，设计梁高95CM，每片梁宽244CM，主梁间用现浇湿接缝连系。

二、试验前的理论分析

在试验前应按照设计图纸对桥梁进行结构分析，以便确定试验方法、荷载大小、测点布置等。

（一）各梁（板）横向分布系数的计算

首先，应依照设计图纸计算出各主梁（板）的截面几荷特征值如面积、截面抗弯（抗扭）惯矩、主梁每延米抗扭惯矩，中性轴位置等。（采用毛截面或换算截面均可，依据以往经验，由二者计算出的横向分布系数的差异很小，可不予考虑。）

然后，根据梁（板）间的组合情况选用横向分布系数的计算方法，如

示例中的桥梁可采用G－M法、刚性横梁法或二者同时采用，取用最不利的情况，而如果是空心板桥则应采用铰接板法。

在横向分布系数得出后，综合考虑预制梁的情况（中、边梁的预制宽度，截面几何特征值等），取用最大的横向分布系数，留待下一步分析时采用。

（二）、计算二期恒载＋活荷载的各项内力

由于试验时，预制梁已成形且钢束张拉完毕，即一期恒载已加载完成，所以计算的各项内力应是二期恒载＋活载形成的，其中包括主梁（板）间的湿接缝（铰缝）、桥面系、活载、冲击荷载、温度力、混凝土收缩徐变等，且各项荷载间应进行荷载组合，选取最不利组合计算其控制截面的弯矩、剪力等各项内力，但此内力值为全桥建成后主梁（板）全截面承受的二期恒载＋活载内力值，而在某些情况下，预制梁比成桥时的截面尺寸要小（如示例中的主梁间有湿接缝），截面几何特征值也要小一些，因此，应将内力值按照各相关公式中预制梁与成桥后主梁全截面的截面几何特征值的关系进行修正，然后取用修正值做试验的基础数据。

三、试验前的准备工作

（一）试验梁的选择：

首先，应根据前一步计算结果，综合比较中、边梁（板）的内力及换算截面几何特征值，初步确定试验的主梁（板）的类别。

其次，应着眼于成桥后运营的安全，会同业主、设计、监理、施工有

关方面，依据施工情况及有关资料，选用施工质量最差，成桥后最不安全的梁（板）做为试验梁（板）。

（二）、试验方案

依据前面理论分析中得出的预制梁（板）的控制内力值，综合考虑试验现场的实际情况及施工单位的实际配合能力，本着安全、经济、高效的原则，选用试验中的加载（卸载）方案、测点布置、试验步骤、试验临时支座设置。

（1）加载（卸载）方案：可采用贝雷梁、横系梁加载，也可直接用龙门架吊装另一片预制梁将其一端通过油压千斤顶架设在试验架上，如荷载仍不足，可往上加载梁堆放重物。相比较而言，前两者造价较高，准备时间较长，后者经济性好，准备时间较短而常被采用，示例中采用横梁加载，在江西省南昌县武谢大桥单梁静载试验中即采用最后一种方法。

（2）加载位置及加载力的大小

一般可采用一个（或两个）大吨位油压千斤顶（可量程）进行加载，千斤顶下一般垫有枕木或砼块。一但加载的位置确定，即可由控制内力计算加载力的大小，示例中试验采用两个油压千斤顶均距离跨中1.5M处加载。如下图：

从安全角度考虑，且为使试验数据与理论值的比较更为科学合理，试验荷载应逐级加载。另外由于成桥后可能出现超载现象，在试验中应加载超出控制内力得出的荷载20％为宜（示例中即计划如此，因故示实施），分级可按20％、15％、10％的增量逐步设置，卸载时也应逐级减小，但分级可相应减少。

（3）各截面在试验荷载下应力、应度、挠度、梁端角位移的计算。

在确定试验的加载方案后，即可按加载步骤计算出各级荷载下各控制截面的各项内力，然后由内力及换算截面几何特征值等计算出各截面的上下缘应力、挠度等，再可由应力应变间的关系推算各点理论应变值（一般近似认为梁（板）的某个截面为均质弹性变形，因此有了截面上、下缘应变值及中性轴位置等可推算出该截面各点应变值）。如示例中的桥梁在未开裂的预应力混凝土构件中各截面的应力计算可由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.2.15条计算，公式如下：

σ=N/A0±M×y/I0(5.2.15-1)

式中：N、M—计算的纵向力和弯矩

A0、I0—构件换算截面面积和惯性矩

y—应力计算点到中性轴的距离

由于试验中预应力施加的纵向力已加载完毕，试验梁无纵向力，则得：σ=±M×y/I0

而由下列公式可计算出各点的混凝土应变：

ε=σ/E

式中：E—混凝土弹性模量

挠度的计算公式主要参考材料力学中的相应公式：

f=ML/12EI0

式中各参数同上。

主拉应力的最不利斜截面（一般在支点附近）可由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.1.11条进行计算，在计算出该截面位置及相应的弯矩、剪力等内力后可计算出该截面的理论值。

有了理论挠度值以后，可由几何关系推算梁端角位移。

（4）测点位置及临时支座的设置

①应变测点：一般1/4跨、跨中、3/4跨截面的控制内力为弯矩，而支点附近处为主拉应力，因此，应变测点在以上各截面上的位置和布置方式有所不同，前者应测出竖直截面上各点应变，所以应沿竖直方向在梁（板）两侧均匀布置五个（或五个以上）应变测点，后者则应在沿主拉应力最不利截面垂直于截面布设3~5个应变测点，以检测该斜截面的主拉应力是否在容许范围内。

②挠度测点：在检测各控制截面的挠度时，可在截面下缘设置1－2个挠度测点，由于试验过程中支点处也会有沉降，因此在支点下缘应同样设置沉降测点。

③梁端角位移可沿梁端面在一定距离上、下布置两个测点。

示例中以上各测点布置如下页图：