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摘要：为了确定该桥单片预应力空心板梁的质量是否满足设计要求，本文详细介绍了桥梁工程中单片预应力空心板梁的静载试验原理、加载方法、试验内容及结果分析。具有实际工程意义。
关键词：单片预应力砼空心板梁；静载试验；有限元分析。
0 引言
近年来，随着交通运输建设的迅速发展，各种桥梁的建设也越来越多。由于成本、工期、施工难度等多种因素的影响，大部分桥梁为预制、悬挂预应力混凝土空心板梁桥。在架设前，对预应力混凝土空心板梁进行静载试验，以检测其安全性和施工质量是否符合设计规范和设计要求，已成为控制和保证桥梁质量的重要手段。静载试验可以考察桥梁的实际工作状态和承载能力，重点分析静载试验的设计，为桥梁检测提供参考[1，2]。下面本文结合工程实例对公路桥梁检测静载检测进行简要的探讨。
1 静载试验
1.1基本原则
1.1基本原则
为了达到静态载荷试验的预期目的，静态载荷试验遵循以下原则：
（1）测试交叉选择。为达到试验目的，根据有关试验规格，对桥梁结构中受力最不利的桥梁结构，施工质量较差，但其缺陷已越来越多，施工记录也越来越不完整。测试这座桥的结构性能。但是，由于静载试验的影响，对结构本身进行了受力分析，在试验过程中必须严格控制结构的尺寸，即施加的荷载大小和位置不仅能合理地反映结构的损伤特性，而且不超过规定的允许值，不会对桥梁结构造成新的损伤。
根据静态测试的测试交叉选择原则，结合招标文件的要求，选择了测试交叉。
（2）根据各控制点内力和各控制点等效变形的原理，计算了各试验工况下的车辆实际数量和位置。
（3）静力试验的效率系数不应过小，否则无法反映设计荷载下桥梁的性能，也不应过大以防止局部对结构的破坏。在实际荷载试验中，试验效率系数控制在0.95≤1.05之间。同时，应密切注意其他相应的数值不超过极限。
1.2试验项目及测试方法
为满足要求，试验荷载条件的选择应以反映桥梁结构最不利应力状态的原则为依据。根据试验桥梁结构体系的有关标准和具体条件确定了荷载条件。下表列出了不同桥梁类型的静载试验的试验项目。
表1 常用桥梁结构控制截面与试验参数
1.3检测项目
在现场试验中，静态测量时测量仪器的精度不应大于预测值的5%，动态测量时应选择预测值最大值的10%。为了减少人工读数的误差，提高工作效率，在数据采集中应优先采用电测量方法。
1.4测点布置
应变点应根据试验段和试验内容进行合理布置。应当指出的是：试验点的安装不应过量，但应保证观测质量。在同一测点可采用不同的测试方法进行校核；（2）主要应变测点的布置应反映结构的最大应力（应变）及其规律；（3）相应的测点应垂直布置，以反映桥梁的应力特性；（4）法向应力试验采用单向应变仪（量规），主应力试验采用应变模式，并布置最大主应力。
1.5试验截面及加载位置确定
对于桥梁静荷载试验的截面和荷载位置，应选择最不利的位置。通过对有限元理论的分析，用包络图和影响线确定了最不利的位置。
（1）包洛图
在移动载荷的作用下，通过连接每个截面的最大力形成的曲线成为包络图。通过有限元分析，得到了桥梁在移动荷载作用下的弯矩包络图。
（2）影响线
影响线表示由单元负载沿结构跨度移动而引起的内力、位移或反作用力的曲线，其随着单元负载的位置而变化。它可用于确定各种载荷作用下的影响值，也可用于确定结构上移动荷载的最不利位置。从而可以确定桥梁试验的截面位置以及加载位置。
2 工程实例
2.1工程概况
S244线始兴县贤丰至周所段、S343线贤丰至始兴县城段改建工程K60+160顿岗中桥为新建3×20m后张法预应力简支空心板，桥面连续，斜交角950，桥宽24.5m，下部结构采用桩柱式墩台。横向布置为：（防撞栏0.5m+行车道10.25m+中间带1.5m）×2=24.5m。桥型布置图如图1。桥梁横断面布置如图2。
图2（cm）
2.2试验条件
（1）准备工作。查阅设计图纸等技术资料，现场调查该桥梁现状。前期试验人员进场准备——外观检查——测点表面处理——布置测点——施工方准备加载重物——加载设备及电源配合——仪器调平和初读数。
（2）试验流程：进行跨中截面荷兰载试验——试验梁控制截面应变、支点及跨中挠度测试、裂缝观测——对比实测值与理论值——如无异常进行下一级加载。
（3）试验过程：按3级加载，3级卸载。
（4）试验荷载。根据《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01-2015）（简称试验规程）条文5.2的要求，静力试验荷载可按控制内力、应力或变位等效原则确定。静力荷载试验效率可按下式计算，对于交（竣）工验收，荷载效率取值范围宜介于0.85～1.05，加载设备选用过磅土方车。
图3车辆横向布置
（5）测点布置。根据评定规程的要求，试验单片梁应变测点布置在跨中截面，所有应弯片均沿梁纵向水平粘贴。应变控制截面示意图见图4，具体应变测点布置图见图5。
挠度测点布置在支点截面、跨中截面底部，采用百分表进行测试，具体挠度测点布置图见图5。
图6挠度测点布置平面图
2.3加载方案
（1）理论分析：试验梁加载时需考虑以后承受二期恒载以及活载的作用，必须根据这些荷载产生内力效应值，在具体试验时换算成等效试验荷载。试验时，各梁之间没有纵向、横向联系作用，可视为单片梁受力。
应用Midas/Civil有限元分析与设计软件对该梁进行结构分析计算，建立单片梁模型其计算模型及结果如图7所示：
（3）静力荷载试验效率
控制截面在试验荷载作用下内力计算值与按设计规范要求布置荷载作用下的控制截面的内力计算值的比值即是静载荷载效率。根据测试工况列出各控制截面变位或内力的计算值及对应的静载试验效率系数
表2 静力荷载试验效率系数
在以上荷载量作用下，结构承载力轲以得到充分体现，且不至于对结构造成新的损伤。
（2）加载步骤。静载试验按最大控制截面内力荷载工况均分为3级，每级加载过程中其它截面内力应逐级增加，且内力不应超过荷载作用下的最不利内力。正式加载前，非工作人员退场，待一切工作安排就绪，进行预加载，以消除桥梁结构间隙和检查各试验量测仪器仪表读数是否正常。预加载车退出，各试验量测仪表读数调零，进行第一次空载读数。正式实施试验加载，每级汽车荷载驶入指定的区域就位后，稳定20～30 分钟后记录各量测仪表的读数。
试验加载终止条件：①控制测点应力已达到或超过用弹性理论按规范安全条件反算的控制应力值时；②控制测点变位（或挠度）超过规范允许值时；③裂缝长度、数量急剧发展时；④发生其他破坏，如预应力筋崩断、混凝土压碎、墩台桥墩偏位、支座损坏等影响桥梁承载能力或正常使用时。
2.4检测结果
在桥梁检采用校验系数和相对残余来评定桥梁的承载能力和工作状态。校验系数η是在桥梁静载试验所得的数据（挠度、应力）与理论计算值之比。η大于1说明结构设计强度不足不安全。η过大过小都要对其分析原因。η过小可能是桥梁结构整体工作好，也可能是材料的弹性模量高于设计值或者是桥梁有限元分析简化计算过于简单，相对残余大小反映桥梁结构的刚度。
（1）校验系数。根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011），引入校验系数n来描述试验值与理论值比较结果，评定结构的整体受力性能。
注：表中正值表示挠度向下，下同。
顿岗中桥ZK Y-1#板实测应变校验系数在【0.70 0.87】的区间内；相对残余变形最大为0.15。
（4）裂缝观测结果
静载试验前后对各试验梁进行裂缝检查，未发现明显可见裂缝。
（5）检测结论。通过对顿岗中桥预制空心板静载试验，依据相关规范并结合现场试验数据进行分析评定，结论如下：
①静载试验效率系数为0.864，效率系数满足《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/ T 21-01-2015）的要求。
②试验荷载作用下，各试验梁应变校验均小于1，满足规范要求。
③试验荷载作用下，各试验梁挠度校验系数均小于1，满足规范要求。
④试验荷载作用下，各试验梁相对残余应变（应力）、相对残余变位均满足规范小于等于0.2 的要求，表明在试验荷载作用下结构接近弹性工作状态。
⑤静载试验前后对各试验梁进行裂缝检查，未发现明显可见裂缝。
综合所述，顿岗中桥预制空心板（ZK Y-1#板）静载受力性能满足设计及规范要求。
3 结语
桥梁在试验荷载作用下，变形和应变分布正常，校验系数和相对残余均应满足《试验规程》要求，应变校验系数较小，有足够刚度和强度和安全储备。
桥梁静载试验是桥梁承载能力检验的重要手段之一，试验内容的选择与试验过程中的安全是直接影响桥梁检测成功的关键，要注意几点：
（1）桥梁类型多样，因此试验截面及加载位置确定尤为关键，必须通过包络图和影响线找到其最不利位置。
（2）荷载的加载应分级进行，每一级的测量数据必须能够稳定，且与理论分析结果相差不大，符合终止条件的必须先终止，检查无误后才能继续。
（3）桥梁结构应采用有限元软件模拟分析，检测过程应措施消除或降低环境的影响，确保实验数据真实有效。
参考文献：
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[2]曾波存，杜鹏，孙晓伟．预应力混凝土空心板（20m）静载试验及结果分析［J］.施工技术，2016（1）：274-277．
[3]王自彬，岳渠德，赵金环．动力荷载试验在桥梁检测评估中的应用[J].青岛理工大学学报，2007，28（1）：14-16．
[4]王小勇，夏祥林，刘日海.节制闸公路桥动载试验研究[J].江苏水利，2016（8）：1-4．
[5]JTG/T J21-01-2015，公路桥梁荷载试验规程，人民交通出版社．
论文作者:梁佩珍
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第30期
论文发表时间:2019/9/12
标签：荷载论文; 桥梁论文; 截面论文; 结构论文; 应变论文; 加载论文; 系数论文; 《建筑细部》2018年第30期论文;