橋梁梁板靜載試驗方法

1、橋梁單梁（板）靜載試驗分析一、序言隨著近年來公路建設(shè)的發(fā)展，各種橋梁的建設(shè)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(yù)制、吊裝的組合梁（板）橋，而在架設(shè)梁（板）前對單梁（板）及在成橋后對全橋做靜載試驗檢測設(shè)計是否安全、施工質(zhì)量是否滿足規(guī)范及設(shè)計要求的重要手段，在此，本文僅對架設(shè)前單梁（板）靜載試驗的程序及主要的注意事項作一簡單分析，并以河南省平頂山市洛界公路王三莊橋 20M 先張法預(yù)應(yīng)力鋼鉸線低高度箱梁靜載試驗報告為例，并援以一些其它橋梁的單梁靜載試驗加以比照。示例中的橋梁為低高度預(yù)應(yīng)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(shè)計梁高 95CM，

2、每片梁寬 244CM，主梁間用現(xiàn)澆濕接縫連系。二、試驗前的理論分析在試驗前應(yīng)按照設(shè)計圖紙對橋梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，以便確定試驗方法、荷載大小、測點布置等。（一）各梁（板）橫向分布系數(shù)的計算首先，應(yīng)依照設(shè)計圖紙計算出各主梁（板）的截面幾荷特征值如面積、截面抗彎（抗扭）慣矩、主梁每延米抗扭慣矩，中性軸位置等。 （采用毛截面或換算截面均可，依據(jù)以往經(jīng)驗，由二者計算出的橫向分布系數(shù)的差異很小，可不予考慮。 ）然后，根據(jù)梁（板）間的組合情況選用橫向分布系數(shù)的計算方法，如示例中的橋梁可采用 G M法、剛性橫梁法或二者同時采用，取用最不利的情況，而如果是空心板橋則應(yīng)采用鉸接板法。在橫向分布系數(shù)得出后，綜合考慮預(yù)制

3、梁的情況（中、邊梁的預(yù)制寬度，截面幾何特征值等），取用最大的橫向分布系數(shù)，留待下一步分析時采用。（二）、計算二期恒載活荷載的各項內(nèi)力由于試驗時，預(yù)制梁已成形且鋼束張拉完畢，即一期恒載已加載完成，所以計算的各項內(nèi)力應(yīng)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、混凝土收縮徐變等，且各項荷載間應(yīng)進(jìn)行荷載組合，選取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(yù)制梁比成橋時的截面尺寸要小（如示例中的主梁間有濕接縫） ，截面幾何特征值也要小一些，因此，應(yīng)將內(nèi)力值按照各相關(guān)公

4、式中預(yù)制梁與成橋后主梁全截面的截面幾何特征值的關(guān)系進(jìn)行修正，然后取用修正值做試驗的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。三、試驗前的準(zhǔn)備工作（一）試驗梁的選擇：首先，應(yīng)根據(jù)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征值，初步確定試驗的主梁（板）的類別。其次，應(yīng)著眼于成橋后運營的安全，會同業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理、施工有關(guān)方面，依據(jù)施工情況及有關(guān)資料，選用施工質(zhì)量最差，成橋后最不安全的梁（板）做為試驗梁（板）。（二）、試驗方案依據(jù)前面理論分析中得出的預(yù)制梁（板）的控制內(nèi)力值，綜合考慮試驗現(xiàn)場的實際情況及施工單位的實際配合能力，本著安全、經(jīng)濟(jì)、高效的原則，選用試驗中的加載（卸載）方案、測點布置、試驗步驟、試驗臨時支

5、座設(shè)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(yù)制梁將其一端通過油壓千斤頂架設(shè)在試驗架上，如荷載仍不足，可往上加載梁堆放重物。相比較而言，前兩者造價較高，準(zhǔn)備時間較長，后者經(jīng)濟(jì)性好，準(zhǔn)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）加載位置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(jìn)行加載，千斤頂下一般墊有枕木或砼塊。一但加載的位置確定，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。如下圖：從安全角度考慮，且為使試驗數(shù)據(jù)與理論值的比較更

6、為科學(xué)合理，試驗荷載應(yīng)逐級加載。另外由于成橋后可能出現(xiàn)超載現(xiàn)象， 在試驗中應(yīng)加載超出控制內(nèi)力得出的荷載 20為宜（示例中即計劃如此，因故示實施） ，分級可按 20、 15、 10的增量逐步設(shè)置，卸載時也應(yīng)逐級減小，但分級可相應(yīng)減少。（3）各截面在試驗荷載下應(yīng)力、應(yīng)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，然后由內(nèi)力及換算截面幾何特征值等計算出各截面的上下緣應(yīng)力、撓度等，再可由應(yīng)力應(yīng)變間的關(guān)系推算各點理論應(yīng)變值（一般近似認(rèn)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(yīng)變值及中性軸位置等可推算出該截面各點應(yīng)變值） 。如示例

7、中的橋梁在未開裂的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中各截面的應(yīng)力計算可由公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范第條計算，公式如下：=N/A ±M×y/I0(5.2.15-1)0式中： N、M計算的縱向力和彎矩A0、I 0構(gòu)件換算截面面積和慣性矩y 應(yīng)力計算點到中性軸的距離由于試驗中預(yù)應(yīng)力施加的縱向力已加載完畢，試驗梁無縱向力，則得： =± M× y/I 0而由下列公式可計算出各點的混凝土應(yīng)變：=/E式中：E 混凝土彈性模量撓度的計算公式主要參考材料力學(xué)中的相應(yīng)公式：f=ML/12EI0式中各參數(shù)同上。主拉應(yīng)力的最不利斜截面（一般在支點附近）可由公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混

8、凝土橋涵設(shè)計規(guī)范第條進(jìn)行計算，在計算出該截面位置及相應(yīng)的彎矩、剪力等內(nèi)力后可計算出該截面的理論值。有了理論撓度值以后，可由幾何關(guān)系推算梁端角位移。（4）測點位置及臨時支座的設(shè)置應(yīng)變測點：一般 1/4 跨、跨中、 3/4 跨截面的控制內(nèi)力為彎矩，而支點附近處為主拉應(yīng)力，因此，應(yīng)變測點在以上各截面上的位置和布置方式有所不同，前者應(yīng)測出豎直截面上各點應(yīng)變，所以應(yīng)沿豎直方向在梁（板）兩側(cè)均勻布置五個（或五個以上）應(yīng)變測點，后者則應(yīng)在沿主拉應(yīng)力最不利截面垂直于截面布設(shè) 35 個應(yīng)變測點，以檢測該斜截面的主拉應(yīng)力是否在容許范圍內(nèi)。撓度測點：在檢測各控制截面的撓度時，可在截面下緣設(shè)置 1 2 個撓度測點，由

9、于試驗過程中支點處也會有沉降，因此在支點下緣應(yīng)同樣設(shè)置沉降測點。梁端角位移可沿梁端面在一定距離上、下布置兩個測點。示例中以上各測點布置如下頁圖：由上圖可知，示例中支點處應(yīng)變測點的布置無法測出支點附近斜截面的主拉應(yīng)力值，其它測點的布置則較為合理。試驗中臨時支座的設(shè)置：臨時支座應(yīng)在支座中心線處、考慮到試驗中荷載較大，應(yīng)采用強度較高的材料制成（如砼塊） ，或直接放置設(shè)計支座，且臨時支座頂面應(yīng)水平、清潔。（5）試驗器材的選用試驗器材應(yīng)盡量采用較成熟可靠、采購方便或已有的設(shè)備。梁（板）各控制截面應(yīng)變值的檢測現(xiàn)多采用應(yīng)變片貼附在測點處，用應(yīng)變計讀數(shù)儀采集數(shù)據(jù)。各截面撓度、梁端角位移的測定可用千分表、位移計

10、等。荷載加載力的大小可由有量程的油壓千斤頂控制。裂縫的觀測用有刻度的放大鏡，并記錄其裂縫的產(chǎn)生、發(fā)展情況。以上儀器中，應(yīng)變片的應(yīng)變系數(shù)、位移計、油壓千斤頂?shù)挠蛪罕?，?yīng)在試驗前在室內(nèi)重新標(biāo)定。四、試驗中的注意事項及數(shù)據(jù)采集（一）試驗中應(yīng)將安全放在第一位，應(yīng)充分考慮到各種危險可能性，必須使試驗在確保參與人員安全的情況下進(jìn)行，試驗荷載必須逐級逐漸遞增，禁止突然增加較大荷載，卸載也是如此。（二）試驗中出現(xiàn)以下情況時應(yīng)及時中止試驗試驗梁（板）有砼破碎、剝落的情況。試驗梁（板）有裂縫超標(biāo)，或裂縫產(chǎn)生后在荷載未增加的情況下不斷增大。試驗梁（板）的撓度值超標(biāo)且在荷載未增加的情況下不斷增大。測試儀器出現(xiàn)異常且無

11、法修理。試驗梁（板）的支座、基礎(chǔ)出現(xiàn)破壞和異常沉降。發(fā)生其它威脅人員安全或影響試驗正常進(jìn)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，必須持荷510 分鐘后方可讀數(shù)，且應(yīng)每隔 3 5 分鐘讀數(shù)一次，一般當(dāng)數(shù)據(jù)增量小于上一次增量的10時，即可認(rèn)為數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。數(shù)據(jù)記錄應(yīng)采用儀器記錄與人工記錄同步進(jìn)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)，必須科學(xué)、合理的進(jìn)行分類、匯總，以便下一步分析時使用。 應(yīng)變數(shù)據(jù)首先，應(yīng)將各應(yīng)變測值按各自應(yīng)變計試驗前標(biāo)定的系數(shù)得出砼應(yīng)變值，然后，將各控制截面在每

12、一荷階段的各點應(yīng)變繪制成圖。為此可在圖上直觀的判斷截面是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(yīng)變繪制成圖，判斷其變化是否與彎矩圖的變化相適應(yīng)（示例報告未做此類分析）。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(yīng)變匯總，分析該點混凝土應(yīng)變是否與荷載變化相適應(yīng)（示例報告未做此類分析） 。 撓度數(shù)據(jù)首先，應(yīng)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(yīng)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，判斷撓度變化是否與荷載的變化相適應(yīng)。再將各荷載階段的撓

13、度值匯總，判斷該階段梁（板）整體撓度的分布是否均勻。端角位移由梁端上下測點位移差除以測點距離即可得出。各應(yīng)變測點的應(yīng)力可由應(yīng)力、應(yīng)變間的關(guān)系得出。（二）試驗數(shù)據(jù)與理論值的比較、分析在各試驗數(shù)據(jù)整理、分類、匯總完畢后，應(yīng)分別與相應(yīng)的理論數(shù)據(jù)匯總成表或繪制成圖，進(jìn)行相互比較，如果各測點試驗數(shù)據(jù)小于或等于理論值，則可說明各測點的應(yīng)力、應(yīng)變、撓度等滿足要求。如果有個別數(shù)據(jù)超出，則應(yīng)分析可能的原因及數(shù)據(jù)是否可靠，在分析時，不僅應(yīng)比較試驗數(shù)據(jù)與理論值的差異是否在容許范圍內(nèi)，還應(yīng)分析是否測試儀器出現(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(shè)計的有關(guān)要求。另外，還應(yīng)比較試驗數(shù)據(jù)推

14、算值（如中性軸位置、應(yīng)力等）與理論值之間的差異，并分析是否在容許范圍內(nèi)。在報告中，宜將各種數(shù)據(jù)及其相對應(yīng)的理論值繪制成圖，如此不僅可判斷各測點應(yīng)力、應(yīng)變、撓度、梁端角位移是否超出理論值，且可很直觀的判斷該試驗梁（板）在各荷載階段的應(yīng)力、應(yīng)變、撓度是否均勻，梁（板）是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)的變化是否與荷載變化相適應(yīng)。（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(yù)制尺寸的偏差等因素的影響，對試驗數(shù)據(jù)及理論值均應(yīng)進(jìn)行修正。首先，由于預(yù)制梁（板）時各部位尺寸存在一定偏差，應(yīng)修正各截面幾何特征值，且因砼齡期、配合比等因素的影響

15、，也應(yīng)修正砼的彈性模量，然后按上述值修正應(yīng)力、應(yīng)變、撓度的理論值。其次，砼彈性模量的修正將直接導(dǎo)致由試驗數(shù)據(jù)推算出的應(yīng)力值必須隨之修正。在各個數(shù)據(jù)修正完畢后， 重新比較試驗數(shù)據(jù)與理論值的差異及其是否超出容許范圍。另外由于梁（板）預(yù)制尺寸偏差及試驗加載不可能達(dá)到理想狀態(tài)，且試驗儀器也總會存在誤差，會導(dǎo)致荷載位置、荷載大小，測點位置都存在一定偏差，測試數(shù)據(jù)本身出現(xiàn)不對稱、不均勻現(xiàn)象，試驗報告中也應(yīng)注意分析誤差是否會影響到整個試驗數(shù)據(jù)的判斷。（四）試驗數(shù)據(jù)的取舍在試驗數(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(yīng)分析其產(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取舍。當(dāng)數(shù)據(jù)偏大時，首先應(yīng)

16、分析儀器工作是否正常，其次，如果其它相關(guān)數(shù)據(jù)均小于理論值，則可棄用該數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)偏小時，則往往是儀器工作不正常導(dǎo)致，如應(yīng)變片與砼的粘附有松動，干分表（位移計）與梁體的接觸有脫落或其支座受到意外干擾，可棄用該數(shù)據(jù)。六、試驗報告中的結(jié)論在經(jīng)綜合分析試驗數(shù)據(jù)本身及其與理論值的差異，并分析試驗中梁（板）的應(yīng)力、應(yīng)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，即可得如下結(jié)論：被試驗梁滿足設(shè)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(shè)計的有關(guān)要求。七、示例中試驗及其報告的不足之處（一）未進(jìn)行全橋的結(jié)構(gòu)分析，如橫向分布系數(shù)的計算，各截面控制內(nèi)力、應(yīng)力、應(yīng)變、撓度的計算，支點附近斜截面主拉應(yīng)力的計算等，而只是簡單的依據(jù)設(shè)計單位提供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據(jù)不足，對試驗結(jié)論的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性造成影響。（二）試驗中的控制內(nèi)力未按預(yù)制梁截面與成橋后主梁全截面的幾何特征值在相關(guān)公式中的關(guān)系進(jìn)行修正。（三）試