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預應力混凝土預製梁的靜載試(shì)驗及分析
更新時間:2021-04-10 17:51
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 目前,在高速公路的(de)橋梁(liáng)施工中,中小跨徑梁橋的上部構造梁多采用先預製後吊裝(zhuāng)的施工方法。預製梁根(gēn)據設計圖紙及(jí)規範要求完成(chéng)後,其實際受力狀況是否滿足要求,應選擇有代表性的樣品(pǐn)通過(guò)現場荷載試驗以(yǐ)及對(duì)試驗結果和(hé)試驗對象的綜(zōng)合分析,進而鑒定橋梁結構在實際工作狀態中的剛度以(yǐ)及承載能力。有關預製板梁靜載試驗的研究成果很多。但均無涉及到有限元模型的建立。現以實際施工的齊甘線30m跨小箱梁為例,對有(yǒu)限元模型的建立及靜力荷載試驗做詳細分析。1 工程概況黑(hēi)龍江(jiāng)省齊甘高速公(gōng)路嫩江東江橋為(wéi)預應力混凝土結構,設計荷載等級為公路一I級。該橋(qiáo)上部結構由4片箱梁組成,其施工順序為:單獨預製、架橋機吊裝、澆築連接頭。箱梁計算跨徑為30m,梁高1.6m,混凝土設計等級(jí)為(wéi)C50,所用(yòng)預應力鋼絞線均采用GB/T5224—2003規定的低鬆弛高強度預應力鋼絞(jiǎo)線,錨具采用OVM15—4、OVM15—5型錨具及配套設備。鑒於該橋邊跨與中跨預應力束不同,每跨(kuà)邊梁與

  中梁有橫隔板重量的1/2之差,考慮最不利(lì)情況,本次(cì)檢測選取邊跨中梁28—2、中跨中梁35—2兩片箱梁。2 有限元模型建立預製(zhì)梁的靜載試驗是將靜止荷載作用在預製梁的指定位置,通過觀測(cè)其靜位移及靜(jìng)應變,從而推斷橋梁結構在荷載組合作用(yòng)下的(de)工作狀態和使用能力是否(fǒu)滿足要求(qiú) 。首先(xiān),利用大型通用有限元軟(ruǎn)件Midas Civil 2006建(jiàn)立(lì)成橋狀態的空(kōng)間梁格模型,如圖1所示。其中,主梁與橫隔板均運用空間梁(liáng)單元來模擬,橋麵鋪裝以均布荷載的形式施加(jiā)於主梁,忽略了其(qí)對整體剛度的貢獻。一般來說,容重、幾何尺寸實際值與設計值相差不會很大,所以近似取用設計值(zhí)即可。

經計算,中梁(liáng)彎矩圖如圖2所示,邊跨跨中最大彎矩為2200kN·m,中跨跨中最大彎矩為1400kN·m。
以(yǐ)跨中彎(wān)矩等效為原則,分(fèn)別(bié)建立邊跨中梁與中(zhōng)跨中梁(liáng)模型。主梁采用空間梁單元模擬(nǐ),橫隔板(bǎn)等效為集中力。為更有效地對比試驗觀測應力值與理論計算值,材料彈性模量(liàng)必須取實測值。考慮到現場加載方便,采用(yòng)堆放成捆普通(tōng)鋼筋的方法,在主梁與鋼筋(jīn)之間按照(zhào)2.5m的間距(jù)對稱設置5個(gè)支點,在有(yǒu)限元模型中即可(kě)模擬為5個(gè)集中力。計算圖式如圖3所示。
通過計算可得簡支梁階段邊跨中梁試驗荷載為36t,跨中最大彎矩(jǔ)為2190kN·m,截麵(miàn)下緣應力為5.6MPa,上緣應力為一3.7MPa,跨中(zhōng)最大撓度(dù)為一15.37mm;中跨中梁試驗荷載(zǎi)為24t,跨中最大彎矩為1400 kN·m,截麵下緣應力(lì)為3.8MPa,上緣應力為一(yī)2.5MPa,跨中最大(dà)撓度為(wéi)一10.30mm。3 靜載試驗(yàn)根(gēn)據上述理論分(fèn)析,簡支梁(liáng)階段:邊跨中梁與中跨(kuà)中梁的(de)加載控製彎(wān)矩分別為(wéi)2200kN·m與1400 kN·m,對(duì)應加載噸位分別為36t與24t。本(běn)試驗利用成捆普通鋼筋進行分級加載,為保證測試數據的(de)可(kě)靠性,每加一級荷載後,持(chí)荷15min。同一(yī)級荷載內,若兩(liǎng)次讀(dú)數相差(chà)在允許範圍內,則認為變形結束,即(jí)可(kě)進入下一級荷載加(jiā)載,否則需繼續(xù)進行數據采(cǎi)集。在加載過程中,觀測結構控製截麵應(yīng)力、變形以(yǐ)及是否有裂縫出現,若在未加到最大試驗荷載(zǎi)前,應力、變形或裂縫出現非均勻增長等不正常受力狀態時,應立刻停止加載 。應變測量(liàng)采用振弦式應變傳感器,撓度測量采用百分表。鑒於簡支梁兩支點在加載過(guò)程中會發生不均勻沉降,需在跨中與支點處均安裝百分表。具體布置(zhì)圖如圖4所示。
4 結果分析
邊跨中梁與中跨中(zhōng)梁在各級荷載作用下,跨中實測撓度見表1,變形曲(qǔ)線(xiàn)見圖5、圖6,100%加載時(shí)的實測撓度與理論(lùn)撓度之(zhī)比較如(rú)表2所示,實測彈性撓度及殘餘撓度見表3。圖5、圖(tú)6的曲線(xiàn)顯(xiǎn)示,加載過程中每級荷載對(duì)應的撓度基本呈一條直線,說明該小箱梁在最大試驗荷載範圍內,基本處於彈性工作(zuò)狀態(tài)。
由表2可以看出,試驗在100%荷載作(zuò)用下的實測彈性撓度(dù)小於理論計(jì)算撓度,校驗係數分別為0.72與0.60,均小於1。相當於在100%控製設計彎矩作用下,試驗梁的實測彈性(xìng)撓度(dù)分別為11.OOmm 與6.19ram,其相對撓度為(wéi)其跨度的1/2727與1/4846,遠小於《橋規》規定的L/600,說明該小箱梁的實際(jì)剛度是足(zú)夠的,且有一定的(de)安全儲備(bèi)。由表(biǎo)3可以(yǐ)看(kàn)出,在100%荷載作用並卸載後。試驗梁的最(zuì)終(zhōng)相對殘餘撓度分別為7.25% 與9.64% ,均小於《公(gōng)路(lù)舊橋(qiáo)承載能力鑒定方法》(試行)規定(dìng)的值20% ,說明試驗梁彈性工作正常(cháng)。跨中截麵下(xià)、上緣(yuán)實(shí)測應力與理論應力(lì)之比較見表4(彈(dàn)性模量取(qǔ)3.45×10 MPa),100%加載時(shí)跨中(zhōng)截麵下、上測點的實(shí)測彈性應變及殘餘應變(biàn)見表5。由表4可以(yǐ)看出,試驗梁在跨中截麵下、上緣實測混(hún)凝土拉、壓應變的校驗係數均(jun1)小於1.0,說明試驗梁混凝土實測強度(dù)滿足試驗荷載要求。
由表5可以看出,試(shì)驗梁在100% 荷載作用並卸載(zǎi)後,跨中(zhōng)截麵上、下(xià)緣的實測混凝土壓、拉應變的(de)相對(duì)殘餘應變均小於《公路舊橋承載能力鑒定方法》(試行)規定的值20% ,進一步說明該小箱梁彈性工(gōng)作效率正常。試驗前、整(zhěng)個加(jiā)載、卸載試驗過程中和試驗結束後,均未發現受力(lì)裂縫,說明試驗梁滿足抗(kàng)裂性要求。5 結語(1) 對於靜載試驗理論分(fèn)析,采用控製截麵(miàn)彎矩等效的原則來確定試驗荷載(zǎi)的大小。(2) 為了更加有效地判斷試驗觀測應力值及撓度值,理論分析所(suǒ)用的截麵尺寸與容重可取設計值,但是彈性模量必須采用(yòng)實測值。(3) 根據交通部頒標準《公路(lù)舊橋承載能力鑒定方法》(試行)和《公路橋涵設計規範》,經檢測該小箱梁的(de)剛度、強度和抗裂性均滿足設計和規範要求(qiú)。 
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