橋梁梁板靜載試驗(yàn)方法

1、橋梁單梁（板）靜載試驗(yàn)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(jià)、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(yàn)檢測設(shè)計(jì)是否安全、施工質(zhì)量是否滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求的重要手段，在此，本文僅對架設(shè)前單梁（板）靜載試驗(yàn)的程序及主要的注意事項(xiàng)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(yàn)報(bào)告為例，并援以一些其它橋梁的單梁靜載試驗(yàn)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(jì)算跨徑19.5M，設(shè)計(jì)梁高95CM，每片

2、梁寬244CM，主梁間用現(xiàn)澆濕接縫連系。二、試驗(yàn)前的理論分析 在試驗(yàn)前應(yīng)按照設(shè)計(jì)圖紙對橋梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，以便確定試驗(yàn)方法、荷載大小、測點(diǎn)布置等。（一）各梁（板）橫向分布系數(shù)的計(jì)算 首先，應(yīng)依照設(shè)計(jì)圖紙計(jì)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(yàn)，由二者計(jì)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(jì)算方法，如示例中的橋梁可采用GM法、剛性橫梁法或二者同時(shí)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)制梁的情況（

3、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(shí)采用。（二）、計(jì)算二期恒載活荷載的各項(xiàng)內(nèi)力由于試驗(yàn)時(shí)，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(jì)算的各項(xiàng)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(xiàng)荷載間應(yīng)進(jìn)行荷載組合，選取最不利組合計(jì)算其控制截面的彎矩、剪力等各項(xiàng)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(shí)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)公式中預(yù)制梁與成

4、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(yàn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。三、試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作（一）試驗(yàn)梁的選擇：首先，應(yīng)根據(jù)前一步計(jì)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(yàn)的主梁（板）的類別。其次，應(yīng)著眼于成橋后運(yùn)營的安全，會同業(yè)主、設(shè)計(jì)、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(yàn)梁（板）。（二）、試驗(yàn)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(yàn)現(xiàn)場的實(shí)際情況及施工單位的實(shí)際配合能力，本著安全、經(jīng)濟(jì)、高效的原則，選用試驗(yàn)中的加載（卸載）方案、測點(diǎn)布置、試驗(yàn)步驟、試驗(yàn)臨時(shí)支座設(shè)置。（1

5、）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(yàn)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(jià)較高，準(zhǔn)備時(shí)間較長，后者經(jīng)濟(jì)性好，準(zhǔn)備時(shí)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(yàn)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(gè)（或兩個(gè)）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(jì)算加載力的大小，示例中試驗(yàn)采用兩個(gè)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(yàn)數(shù)據(jù)與理論值的比較更為科學(xué)合理，試驗(yàn)

6、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(yàn)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(jì)劃如此，因故示實(shí)施），分級可按20、15、10的增量逐步設(shè)置，卸載時(shí)也應(yīng)逐級減小，但分級可相應(yīng)減少。（3）各截面在試驗(yàn)荷載下應(yīng)力、應(yīng)度、撓度、梁端角位移的計(jì)算。在確定試驗(yàn)的加載方案后，即可按加載步驟計(jì)算出各級荷載下各控制截面的各項(xiàng)內(nèi)力，然后由內(nèi)力及換算截面幾何特征值等計(jì)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(diǎn)理論應(yīng)變值（一般近似認(rèn)為梁（板）的某個(gè)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(diǎn)應(yīng)變值）。如示例中的橋梁在未開裂的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)

7、件中各截面的應(yīng)力計(jì)算可由公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范第條計(jì)算，公式如下： =N/A0±M×y/I0 (-1) 式中：N、M計(jì)算的縱向力和彎矩 A0、I0構(gòu)件換算截面面積和慣性矩 y應(yīng)力計(jì)算點(diǎn)到中性軸的距離由于試驗(yàn)中預(yù)應(yīng)力施加的縱向力已加載完畢，試驗(yàn)梁無縱向力，則得： =±M×y/I0而由下列公式可計(jì)算出各點(diǎn)的混凝土應(yīng)變： =/E 式中： E混凝土彈性模量 撓度的計(jì)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(diǎn)附近）可由公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范第條進(jìn)行計(jì)算，在計(jì)算

8、出該截面位置及相應(yīng)的彎矩、剪力等內(nèi)力后可計(jì)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(diǎn)位置及臨時(shí)支座的設(shè)置應(yīng)變測點(diǎn)：一般1/4跨、跨中、3/4跨截面的控制內(nèi)力為彎矩，而支點(diǎn)附近處為主拉應(yīng)力，因此，應(yīng)變測點(diǎn)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(diǎn)應(yīng)變，所以應(yīng)沿豎直方向在梁（板）兩側(cè)均勻布置五個(gè)（或五個(gè)以上）應(yīng)變測點(diǎn)，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(gè)應(yīng)變測點(diǎn)，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(diǎn)：在檢測各控制截面的撓度時(shí)，可在截面下緣設(shè)置12個(gè)撓度測點(diǎn)，由于試驗(yàn)過程中支點(diǎn)處也會有沉降，因此在支點(diǎn)下緣應(yīng)同樣設(shè)置

9、沉降測點(diǎn)。梁端角位移可沿梁端面在一定距離上、下布置兩個(gè)測點(diǎn)。示例中以上各測點(diǎn)布置如下頁圖： 由上圖可知，示例中支點(diǎn)處應(yīng)變測點(diǎn)的布置無法測出支點(diǎn)附近斜截面的主拉應(yīng)力值，其它測點(diǎn)的布置則較為合理。試驗(yàn)中臨時(shí)支座的設(shè)置：臨時(shí)支座應(yīng)在支座中心線處、考慮到試驗(yàn)中荷載較大，應(yīng)采用強(qiáng)度較高的材料制成（如砼塊），或直接放置設(shè)計(jì)支座，且臨時(shí)支座頂面應(yīng)水平、清潔。（5）試驗(yàn)器材的選用試驗(yàn)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(diǎn)處，用應(yīng)變計(jì)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(jì)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

10、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(jì)、油壓千斤頂?shù)挠蛪罕?，?yīng)在試驗(yàn)前在室內(nèi)重新標(biāo)定。四、試驗(yàn)中的注意事項(xiàng)及數(shù)據(jù)采集（一）試驗(yàn)中應(yīng)將安全放在第一位，應(yīng)充分考慮到各種危險(xiǎn)可能性，必須使試驗(yàn)在確保參與人員安全的情況下進(jìn)行，試驗(yàn)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(yàn)中出現(xiàn)以下情況時(shí)應(yīng)及時(shí)中止試驗(yàn) 試驗(yàn)梁（板）有砼破碎、剝落的情況。 試驗(yàn)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(yàn)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)異常且無法修理。 試驗(yàn)梁（板）的支座、基礎(chǔ)出現(xiàn)破壞和異

11、常沉降。 發(fā)生其它威脅人員安全或影響試驗(yàn)正常進(jìn)行的情況。（三）試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集在試驗(yàn)中，為保證試驗(yàn)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35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(shí)，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(yàn)后數(shù)據(jù)分類、匯總及與理論值的比較（一）試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分類、匯總 試驗(yàn)中各荷載階段各測點(diǎn)記錄了大量的試驗(yàn)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(shí)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(jì)試驗(yàn)前標(biāo)定的系數(shù)得出砼應(yīng)變值，然后，將各控制截面在每一荷階段的各點(diǎn)應(yīng)變繪制成圖。為此可在圖上直觀的判

12、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(bào)告未做此類分析）。最后，可將一些控制點(diǎn)（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(diǎn)混凝土應(yīng)變是否與荷載變化相適應(yīng)（示例報(bào)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(diǎn)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(gè)荷載階段時(shí)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

13、移由梁端上下測點(diǎn)位移差除以測點(diǎn)距離即可得出。各應(yīng)變測點(diǎn)的應(yīng)力可由應(yīng)力、應(yīng)變間的關(guān)系得出。（二）試驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論值的比較、分析在各試驗(yàn)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(diǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)小于或等于理論值，則可說明各測點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變、撓度等滿足要求。如果有個(gè)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(shí)，不僅應(yīng)比較試驗(yàn)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(gè)荷載階段試驗(yàn)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(jì)的有關(guān)要求。另外，還應(yīng)比較試驗(yàn)數(shù)據(jù)推算值（如中性軸位置、應(yīng)力等）與理論值之間的差異，并分析是否

14、在容許范圍內(nèi)。在報(bào)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(diǎn)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(yàn)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(shí)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(yàn)現(xiàn)場、施工情況對試驗(yàn)結(jié)果的影響及修正試驗(yàn)時(shí)，由于試驗(yàn)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(yàn)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(shí)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，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

15、理論值。其次，砼彈性模量的修正將直接導(dǎo)致由試驗(yàn)數(shù)據(jù)推算出的應(yīng)力值必須隨之修正。在各個(gè)數(shù)據(jù)修正完畢后，重新比較試驗(yàn)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(yàn)加載不可能達(dá)到理想狀態(tài)，且試驗(yàn)儀器也總會存在誤差，會導(dǎo)致荷載位置、荷載大小，測點(diǎn)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(yàn)報(bào)告中也應(yīng)注意分析誤差是否會影響到整個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的判斷。（四）試驗(yàn)數(shù)據(jù)的取舍在試驗(yàn)數(shù)據(jù)中偶而會出現(xiàn)個(gè)別數(shù)據(jù)突然不正常的偏大或偏小，此時(shí)應(yīng)分析其產(chǎn)生的可能原因及對試驗(yàn)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(shí)，首先應(yīng)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，

16、則可棄用該數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)偏小時(shí)，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(jì)）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(yàn)報(bào)告中的結(jié)論在經(jīng)綜合分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)本身及其與理論值的差異，并分析試驗(yàn)中梁（板）的應(yīng)力、應(yīng)變、撓度等，判斷試驗(yàn)梁（板）在各個(gè)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(yàn)梁滿足設(shè)計(jì)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(jì)的有關(guān)要求。七、示例中試驗(yàn)及其報(bào)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(jì)算，各截面控制內(nèi)力、應(yīng)力、應(yīng)變、撓度的計(jì)算，支點(diǎn)附近斜截面主拉應(yīng)力的計(jì)算等，而只是簡單的依據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的一個(gè)跨中彎矩作為試驗(yàn)的控制內(nèi)力，這樣使該試驗(yàn)的理論依據(jù)不足，對試驗(yàn)結(jié)論的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性造成影響。（二）試驗(yàn)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）試驗(yàn)中支點(diǎn)處