某高速公路工程30 m预制小箱梁静载试验分析

第３９卷，第２期　２　０　１　４年４月　公　路　工　程　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．３９，Ｎｏ．２　Ａｐｒ．，２　０　１　４　某高速公路工程３０　ｍ预制小箱梁静载试验分析　李鹏飞，杨　溢，刘　磊，李文新　（昆明理工大学国土资源工程学院，云南昆明６５００９３）　［摘要］针对对某高速公路工程Ａｌ标１号桥Ｙ１２＃梁（３０　ｍ小箱梁）单片预制梁板进行了静载试验，主要是　测试预制梁在各级试验荷载作用下结构的工作性能，包括变形（挠度）、应变（应力），并对裂缝进行观测，将所测梁　体挠度值和梁体开裂现象，与该预制预应力混凝土小箱梁的理论计算值进行比较和分析，并对照公路钢筋混凝土　及预应力混凝土桥涵设计规范，验证该预制预应力混凝土小箱梁设计的正确性和先进性。　［关键词］预制梁；小箱梁；静载试验；应力；挠度　［中图分类号］ｕ　４４１　．２　［文献标识码］Ａ　［文章编号］１６７４—０６１０（２０１４）０２—０２４２—０４　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｐｒｅｃａｓｔ　Ｓｍａｌ１．ｓｉｚｅｄ　ｗｉｔｈ　３０　ｍ　Ｂｏｘｅｄ　Ｇｉｒｄｅｒ　Ｓｔａｔｉｃ　Ｔｅｓｔ　ｉｎ　ａ　Ｃｅｒｔａｉｎ　Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ＬＩ　Ｐｅｎｇｆｅｉ，ＹＡＮＧ　Ｙｉ，ＬＩＵ　Ｌｅｉ，ＬＩ　Ｗｅｎｘｉｎ　（Ｆａｃｕｌｔｙ　ｏｆ　Ｌａｎｄ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ，Ｙｕｎ—　ｎａｎ　６５００９３，Ｃｈｉｎａ）　［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ａ　ｓｔａｔｉｃ　ｔｅｓｔ　ｏｆ　ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ　ｐｒｅｅａｓｔ　ｇｉｒｄｅｒ，ａ　３０ｍ　ｂｏｘｅｄ　ｇｉｒｄｅｒ，ｗａｓ　ｍａｄｅ　ｉｎ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ，ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｔｒｅｓｓ，ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｅｃａｓｔ　ｇｉｒｄｅｒ　ｗｅｒｅ　ｂｏｔｈ　ｔｅｓｔｅｄ　ａｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｌｏａｄ　ｅｆｆｅｃｔ　ｌｅｖｅｌｓ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｒａｃｋ　ｗａｓ　ａｌｓｏ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ．Ｔｈｅｎ　ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｈｅ—　ｏｒｅｔｉｃａｌ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｇｉｒｄｅｒ　ｗｉｔｈ　ｐｈｅｎｏｍｅｎａ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔｅｄ　ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ｖａｌｕｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｃｒａｃｋｓ，ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｇｉｒｄｅｒ　ａｒｅ　ｂｏｔｈ　ｐｒｏｖｅｄ　ｂｙ　ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｅｒｒｏｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｄｅ　ｆｏｒ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｐｒｅｓ—　ｔｒｅｓｓｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ａｎｄ　ｃｕｌｖｅｒｔ．　［Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］ｐｒｅｃａｓｔ　ｂｅａｍ；ｓｍａｌｌ－ｓｉｚｅｄ　ｂｏｘｅｄ　ｇｉｒｄｅｒ；ｓｔａｔｉｃ　ｔｅｓｔ；ｓｔｒｅｓｓ；ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　１试验目的与依据　本试验主要是通过测试预制梁在试验荷载作用　下的力学工作性能，检验梁体的施工质量¨　。试　验依据交通部《大跨径混凝土桥梁的试验方法》（以　根据试验目的及要求，选择跨中断面为荷载试　验的控制断面。主要观测该断面的应变（应力）及　梁体在各级荷载作用下的变形（挠度）。　２．２试验荷载及加载方法　以设计单位提供的梁体跨中断面设计控制内力　为加载依据，采用两点集中力加载，纵向加载间距为　１．５　ｍ。根据工地现场条件，试验反力系统采用堆　载梁，如图１所示。静载试验分四级加载，一次卸　载，具体加载量见表ｌ。　２．３测点布置及观测方法　下简称《试验方法》）、我国现行的《公路钢筋混凝土　及预应力混凝土桥涵设计规范》、《公路工程质量检　验评定标准》和相关的设计文件及计算资料进行。　２试验内容及方法　静载试验主要是测试预制梁在各级试验荷载作　用下结构的工作性能，包括变形（挠度）、应变（应　力），并对裂缝进行观测。　２．１试验位置的选择　２．３．１变形（挠度）观测　在试验梁跨中梁底两侧、Ｌ／４、３Ｌ／４处、两台座　处各布置２个挠度观测点，用精密水准仪Ｎ３观测　试验荷载作用下梁体的变形和支承点的竖向位移　［收稿日期】２０１３—０６—２７　［作者简介】李鹏飞（１９８５一），男，云南玉溪人，硕士研究生，主要研究方向：采矿工程。　第２期　李鹏飞，等：某高速公路工程３０　ｍ预制小箱梁静载试验分析　２４３　一　、工字钢　约５０　ｅｍ’　粱中线　签譬支座　—————————————————一￡０———————————————　注：￡０为计算跨径，Ａｌ标３０　ｎｌ小箱梁的计算跨径为２８．９２　ｎｌ。　图１　３０　ｍ小箱梁堆载加载示意图　Ｆｉｇｕｒｅ　１　Ｓｋｅｔｃｈ　ｍａｐ　ｏｆ　ｓｔｏｗａｇｅ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　３０　ｍ　ｓｍａｌｌ—　ｓｉｚｅｄ　ｂｏｘｅｄ　ｇｉｒｄｅｒ　表１各级试验荷载　Ｔａｂｌｅ　１　ａｌｌ　ｌｅｖｅｌｓ　ｔｅｓｔ　ｌｏａｄ　ｋＮ　单梁梁号　ＹＩ２　梁　单梁梁号　ＹＩ２　粱　０级　７．０　３级　２０９．０　ｌ级８０．５　４级（满载）　２６２．８　２级　１５３．３　卸载　７．２　情况。测点布置详见图２。　．支座中线　．梁中线　支座中线　Ｚ：　：　：　＿６——一　ｂ　；　ｂ　　ｌｂ　———注：１．ｂ为０．２５倍计算跨径：２．ｏ为挠度或沉降测点ａ　图２挠度测点布置图　Ｆｉｇｕｒｅ　２　Ｍｅａｓｕｒｅ　ｐｏｉｎｔｓ　ｌａｙｏｕｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　２．３．２应变（应力）观测　在跨中断面沿梁高布设若干个振弦式应变计，　用于观测试验梁在各级荷载作用下的应变（应力）　变化及其分布情况。测点布置见图３。　２．３．３外观观测　在试验前详细核实试验梁的实际结构尺寸，仔　细检查试验梁的裂缝情况，并用千分表监测裂缝可　能出现的位置及裂缝宽度。见图３。　（ｂ）裂缝观测点　注：１．Ｏ为应变测点；　２．测点Ａ、Ｂ主要　用于裂缝监测。　（ａ）３０ｍ小箱梁应变观测点　图３　Ｙ１２＃梁应变及裂缝观测测点布置图（单位：　）　Ｆｉｇｕｒｅ　３　Ｙ１２＃ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｐｏｉｎｔｓ　ｌａｙｏｕｔ　ｏｆ　ｇｉｒｄｅｒ　ｓｔｒａｉｎ　ａｎｄ　ｃｒａｃｋｓ　３试验主要结果　该片单梁的静载试验起止时间及试验过程中的　气温变化如表２所示。由表２可见：Ｙ１２＃梁在试验　过程中温度变化较大，以实测温度变化对试验结果　进行适当修正。　表２　单梁静载试验起止时间及温度变化表　Ｔａｂｌｅ　２　Ｔａｂｌｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔａｒｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｅｎｄｉｎｇ　ｔｉｍｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｉｎｇｌｅ－ｇｉｅｄｅｒ　ｓｔａｔｉｃａｌ　ｔｅｓｔ　３．１　挠度　各级荷载作用下，各挠度和位移测点的实测值　见表３。　表３　Ｙｌ２＃梁各竖向位移测点实测值　Ｔａｂｌｅ　３　Ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｙ１２＃一　ｇｉｒｄｅｒ　ｍｍ　试验梁满载时跨中最大挠度值、卸载后的残余　变形值、最大弹性挠度值及相应设计理论计算值如　表４所示。　表４试验梁跨中挠度值　Ｔａｂｌｅ　４　Ｔｈｅ　ｍｉｄｓｐａｎ　ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔｅｄ　ｇｉｒｄｅｒ　由表４可知：满载时试验梁跨中弹性挠度均小　于其相应理论计算值。　满载时试验梁的实测弹性挠度与相应理论计算　挠度曲线见图４。由图４可见：试验梁的实测挠度　曲线与理论计算挠度曲线的变化规律基本一致。　各级荷载作用下，试验梁跨中实测与理论计算　的Ｐ一　荷载一挠度）关系曲线见图５，由图５可见　试验梁挠度随荷载基本呈线性变化。　３．２应力（应变）　各级荷载作用下，试验梁跨中截面应变实测值　见表５。　‘　公路工程　３９卷　跨径／ｎｌ　１０．０　１５．０　２０．０　２５．０　３０．０　０．０　３・Ｏ　暑　６．０　．ｏ　１２．Ｏ　１５．０　　ｌ１　图４满载时Ｙ１２＃梁弹性挠度曲线　１１２．５￣　ｌＪ　１０５・０　Ｆｉｇｕｒｅ　４　Ｃｕｒｖｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｌａｓｔｉｃ　ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｆｕｌｌ一１ｏａｄ　Ｙ１２＃．　图６　Ｙ１２　梁跨中断面应变分布图　ｇｉｒｄｅｒ　Ｆｉｇｕｒｅ　６　Ｌａｙｏｕｔ　ｉｆ　ｍｉｄｓｐａｎ－ｓｅｃｔｉｏｎ　ｓｔｒａｉｎ　ｉｎ　Ｙ１２＃一ｇｉｒｄｅｒ　由表６可见：Ｙ１２　梁的梁底及梁顶弹性应变均　吕　昌　小于其理论计算值。　、　图７一图８为试验梁跨中截面梁底、梁顶实测　壬　搬　的ｐ－　（荷载一平均应变）关系曲线，由图可见试　表６　Ｙ１２静试验梁跨中梁底及梁顶应变值　Ｔａｂｌｅ　６　Ｓｔｒａｉｎ　ｖａｌｕｅｓ　ｏｆ　ｂｏｔｔｏｍ　ａｎｄ　ｒｏｏｆ　ｍｉｄｓｐａｎ—ｇｉｒｄｅｒ　ｉｎ　Ｙ１２＃－ｇｉｒｄｅｒ　８　图５　Ｙ１２群梁跨中Ｐ　曲线　Ｆｉｇｌｅ　５　Ｃｕｒｖｅ　ｏｆ　ｍｉｄｓｐａｎ　ｐ－ｆ　ｉｎ　Ｙ１２＃－ｇｉｒｄｅｒ　表５　Ｙ１２撑试验梁跨中截面应变实测值　Ｔａｂｌｅ　５　Ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｖａｌｕｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｄｓｐａｎ—ｓｅｃｔｉｏｎ　ｓｔｒａｉｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　。＿。ｒ　～实测应变值　／－　ｔｅｓｔｅｄ　Ｙ１２＃－ｇｉｒｄｅｒ　８　髫妄　：雾量｝　一理论　”－９　，　，图７　ＹＩ２　梁跨中梁底Ｐ一￡图　Ｆｉｇｕｒｅ　７　Ｇｒａｈ　ｏｆ　Ｐ一８　ｏｆ　ｂｏｔｔｏｍ　ｍｉｄｓｐａｎ—ｇｉｒｄｅｒ　ｉｎ　Ｙ１２＃－ｇｉｒｄｅｒ　注：表中数值正值为拉应变，负僵为压应变。　满载时试验梁跨中测点实测弹性应变沿梁高的　分布见图６，由图６可以看出：试验梁的实测应变沿　梁高基本呈线性变化，Ｙ１２　梁通过实测数据拟和的　图８　Ｙ１２＃梁跨中梁顶Ｐ—Ｅ图　中性轴至梁底的距离为９３．１３　ｃｍ，与其理论计算的　Ｆｉｇｕｒｅ　８　Ｇｒａｈ　ｏｆ　ｐ－　ｏｆ　ｒｏｏｆ　ｍｉｄｓｐａｎ—ｇｉｒｄｅｒ　ｉｎ　Ｙ　Ｉ　２＃－ｇｉｒｄｅｒ　中性轴至梁底的距离９７．Ｏ１　ｃｍ相差较大，因此根据　验梁的实测梁底应变随荷载基本呈线性变化，且残　实测中性轴至梁底距离对该单片梁的设计理论计算　余应变较小。　应变值进行修正。　３．３　外观观测　试验梁满载时跨中截面两侧梁底（顶）测点的　经仔细观测，Ｙｌ２　梁的结构尺寸与设计基本相　平均拉（压）应变、卸载后平均残余应变、平均弹性　符，测试梁在试验前及试验过程中均未发现结构受　应变值及其相应设计理论计算值见表６。　力裂缝，裂缝观测点数据变化正常。　第２期　李鹏飞，等：某高速公路工程３０　ｍ预制小箱梁静载试验分析　２４５　４分析评定一　４．１荷载效率　表７为本次试验的荷载效率系数表。从表７中　可知：本次单片试验梁实际加载的荷载效率为　０．９３，均能够满足《试验方法》中基本荷载试验下式　的要求：　．，７＝Ｓｓｔａｔ／ｓ×　０．８＜　≤１．０　式中：Ｓｓｔａｔ为试验荷载作用下，检测部位变位或力的　计算值；Ｓ为设计标准活荷载作用下，检测部位变位　或力的计算值；６为设计取用的动力系数。　表７试验荷载效率系数表　Ｔａｂｌｅ　７　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｅｓｔｅｄ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　４．２校验系数　根据《试验方法》第３．１９．２条规定，量测结构　试验效率最大部位的结果应满足以下条件。　①对于预应力砼结构，量测的弹性变形或力值　（ｓ　）与试验荷载作用下的理论计算值（Ｓ咖　）的比值　应满足：０．７＜Ｓｅ／Ｓ　≤１．０５　本次试验的校验系数列于表８。由表８可知：１　号桥Ｙ１２　梁的跨中实测挠度、梁底拉应变及梁顶测　点位置压应变的校验系数在０．７２～０．８５之间，均能　够满足《试验方法》的要求。　表８　Ｙ１２＃￣系数及残余系数表　Ｔａｂｌｅ　８　Ｔｈｅ　ｅｘａｍｉｎｅ　ａｎｄ　ｒｅｍａｉｎ　ｃｏｅｍｃｉｅｎｔｓ　ｉｎ　Ｙ１２＃．ｇｉｒｄｅｒ　跨中梁底平均　跨中梁顶平均　跨中挠度／　应变／Ｉｘ．ｃ　应变／　８　ａｍ　注：Ｏ）ｓ　为满载时实测总应变或总变形值；Ｓ。为卸载或的残　余应变或变形值；ｓｅ为满载时的弹性应变或变形值，ｓｅ＝Ｓｆ０ｌ—Ｓｐ；　Ｓ　为满载时的理论计算应变，括号中为按结构实际尺寸计算的理　论应变；Ｋ为校验系数，Ｋ＝Ｓｅ／Ｓ　，，括号中为按结构实际尺寸计算　理论值得到的校验系数；ｆ为残余变形系数，ｆ＝Ｓｐ／Ｓ　。②表中应　变正值为拉应变，负值为压应变。　②量测的残余变形（Ｓｐ）与量测的总变形值　（Ｓ　）的比值应满足：　＝Ｓｖ／Ｓ　≤０．２　本次试验的残余变形系数　见表８。由表８可　知，该试验梁的实测挠度与应变的残余变形系数均　小于０．２，满足《试验方法》的要求。　③量测结构的最大变形或力的总值不应超过　设计标准的容许值。按《公路钢筋混凝及预应力混　凝土桥涵设计规范》规定，预应力砼梁式桥主梁跨　中最大竖向挠度不应超过Ｌ。／６００（Ｌ。为计算跨径）。　Ａ１标：３０　ｍ预制小箱梁试验梁跨中允许挠度　为：［△　］＝Ｌ。／６００　（２８　９２０／６００＝４８．２　ｍｍ）。　由表８可知：本次试验中测得的该片梁满载时　的跨中挠度为９．８３　ｍｍ，能够满足设计规范要求。　５　结论　综上所述，可得出以下结论：　①１号桥Ｙ１２样梁在试验荷载作用下，各项主要　试验指标均满足《试验方法》的要求，各试验曲线的　变化与理论计算大致相符，表明以上单片试验梁在　力学性能上满足设计要求。　②将所测梁体挠度值和梁体开裂现象，与该预　制预应力混凝土小箱梁的理论计算值进行比较和分　析，并对照公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设　计规范，验证该预制预应力混凝土小箱梁设计的正　确性和先进性。　［参考文献］　［１］　ＪＴＧ　Ｄ６２—２００４，公路桥涵设计通用规范［Ｓ］．　［２］　ＪＴＧ　Ｄ６２—２００４，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规　范［Ｓ］．　［３］　ＧＢＪ　３２１—９０，预制混凝土构件质量检验评定标准［ｓ］．　［４］　ＧＢＪ　５０１５２—９２，混凝土结构试验方法标准［Ｓ］．　［５］ＧＢ　５００１０—２０１０，混凝土结构设计规范［Ｓ］．　［６］范立础．桥梁工程（上册），第二版［Ｍ］．北京：人民交通出版　社。１９９６．　［７］天津大学．混凝土结构（上册）［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版　社。１９９７．　［８］杜拱辰．现代预应力混凝土结构［Ｍ］．北京：中国建筑工业出　版社，１９８８．　［９］　雷建民．对预应力砼箱梁估算指标的修正意见［Ｊ］．内蒙古公　路与运输。１９９８（１）．　［１Ｏ］杨洋，苏国荣．部分预应力混凝土组合箱梁设计［Ｊ］．铁道标　准设计，１９９８（１０）．　［１１］　奕兆健．预应力混凝土小箱梁预应力阶段预应力损失分析　［Ｊ］．森林工程，２０１３（６）．