预应力混凝土梁鉴定试验及其结果判定

摘 要：为确保试验精度，正确评定成品梁的质量，根据多年来的试验经验，以实桥为例，阐述预应力混凝土成品梁鉴定的主要程序，并对如何判定试验结果加以总结。
　　关键词：预应力混凝土梁;试验;鉴定;结果判定
　　
　　1 引言
　　
　　预应力混凝土桥梁具有较好的强度、刚度及抗裂性能好、适应性强、养护维修工作量少等许多优点，在公路桥梁中占有较大比重。随着高速公路的不断发展，许多中小跨度桥梁逐渐被预应力混凝土简支梁桥所取代，对预应力混凝土简支梁需求量越来越大。为了判定成品梁是否达到设计抗裂的规定指标，必须对梁体的弯曲抗裂进行静荷载试验。
　　
　　2 哪些梁需要进行静载试验
　　
　　预应力混凝土简支梁的承载能力试验，是检验其抗裂性的重要指标之一。一般来说，以下几种情况应进行静载弯曲抗裂性检验：(1)采用新材料、新结构、新工艺进行试生产；(2)生产条件有较大变动；(3)出现影响承载能力的缺陷时；(4)交库技术资料不全，或对资料发生怀疑时；(5)正常生产条件下，每批(30孔)或每季度对不同跨度的简支梁各抽验一片。
　　
　　3 实桥静载试验
　　
　　下面以跨度为35 m预应力钢筋混凝土箱形简支梁静载试验为例，简述试验过程。
　　3.1 理论计算
　　首先制梁单位必须提供准确的设计资料及梁体预施应力后的时间，鉴定部门必须根据产品将来的实际应用情况，包括梁上人行道、道碴、线路、防水层自重等恒载及活载作用于梁体产生的影响；混凝土受压发生变化收缩引起的钢绞线应力损失未完成值的影响；钢绞线应力松弛未完成值的影响；试验加载设备的影响等，使试验梁的加载符合运用阶段的实际情况进行加载计算，并依据加载程序逐级加载。静荷载试验不能过早，静荷载试验最大的加荷力矩所引起最下层钢丝束应力升高值，必须低于试验时钢丝束中已经完成了的总预施应力损失值。因为当预施应力完成后，如立即进行试验，此时加载力矩会使钢丝束中应力升高，即在加荷时钢丝束中应力比钢丝束预施应力时的应力值升高，钢丝束应力超出初始应力，就会产生一个小的残余变形，它将造成一个在设计中没有考虑的附加预施应力损失。在这种情况下，经静荷载试验之后，梁体的抗裂性会大大降低。预应力钢丝束放张一个月后进行静载试验。
　　35m标准跨径分体箱梁简支桥，计算跨径33.99m，设计荷载等级为公路Ｉ级荷载，35m箱梁材料为C50砼（E=34.5GPa)。桥面宽为1.75m人行道＋9m车行道＋1.75m人行道，桥梁采用6片预制箱梁结合预制桥面板、现浇桥面板构成整体，单片箱梁高度为1.8m，顶板厚0.12m，底板厚0.16m。
　　3.2 加载程序及加载方法
　　（1）箱梁跨中截面特性计算值：A=0.8544 m2，Iy=0.3472 m4，Iz=0.2756m4，J=0.47287 m4，形心距下边缘0.9692m。
　　（2）计算单列公路I级车道荷载对应的跨中弯矩：取qk=10.5kN/m，Pk=296kN，跨中弯矩为M=4033kN•m。
　　（3）计算桥梁中梁跨中横向分布系数，采用刚接板法计算中梁跨中横向分布系数最大为m＝0.4005。
　　（4）将试验荷载分成四级加载。具体分级为：50KN、100kN、150kN、190kN、卸载；每级试验荷载加载稳定后再施加下一级荷载。
　　3.3 静载试验加载图式及加载等级
　　 根据跨中弯矩等效，计算静载试验跨中集中荷载。根据P×L4=mM有：P=189.8kN，即约为19T。加载图示见图1。
　　
　　图1 加载图示见下图
　　
　　量测项目、测点布置及使用仪器如下:
　　(1)应变:梁跨中截面混凝土表面纤维应变14点。传感器是标距100 mm的电阻应变片。
　　(2)位移:跨中竖向挠度2点；固定及活动端支座竖向位移4点。传感器是百分表。
　　数据采集仪为…DH3816静态应变仪。裂缝观察仪为可放大10倍的放大镜。
　　3.4 理论计算结果
　　3.5 试验结果
　　(1)跨中截面变形。
　　在模拟“公路I级车道荷载”各加载等级作用下，由百分表测得的变形与荷载等级的关系基本上呈线性变化(见图2)，可以看出，该片梁的挠度结构校验系数满足试验方法建议的0.60~1.00的合理范围，梁体刚度满足设计要求，说明跨中截面与变形有良好的平面关系。
　　（2）应力测试结果。
　　试验荷载满载下梁体跨中截面应力结构校验系数见表4。可以看出，该片梁应力结构校验系数满足试验方法建议的0.50~0.90的合理范围，梁体结构强度满足设计要求。梁体跨中荷载——应力变化曲线如图3所示。
　　（3）其它检测结果。
　　（1）各梁卸载后梁体基本无残余应变及变形，结构处于弹性受力状态；
　　（2）试验过程中，未发现可见裂缝，未出现其它异常情况。
　　3.6 试验结论
　　对选取的4#预制梁进行静载试验，得到如下结论：
　　（1）试验荷载下，4#梁的挠度结构校验系数均满足试验方法建议的0.60~1.00的合理范围。
　　（2）试验荷载下，4#梁的应力结构校验系数均满足试验方法建议的0.50~0.90的合理范围。
　　综合分析表明，所进行静载试验的4#梁具有足够的强度和刚度，满足设计的荷载等级要求。
　　
　　4 试验中值得注意的问题
　　
　　通过对该后张预应力混凝土梁等简支梁的静载鉴定试验工作。在具体操作过程中一些问题值得注意:
　　(1)造梁单位提供的预施应力完成时间必须准确无误，以便进行理论计算，确保各级加载的精度。
　　(2)静荷载试验时，有时梁体表面混凝土离析的浮浆在很小的外力作用下，就会开裂，这类裂纹长度一般较短，它不随荷载增加而延伸，所以不能简单地据此判定试验梁已经断裂。
　　(3)试验梁安装在支座上应保证支座的平整性，避免出现“三条腿”现象，否则将导致加荷时梁体受扭，影响测试和评定结果。
　　(4)不同荷载作用下梁的挠度值，一般情况下与荷载等级呈线性关系，而且实测挠度小于理论计算值。
　　(5)对截面基本对称的梁，在试验过程中只要下翼缘混凝土有一侧出现裂纹，就应判定梁体已经达到抗裂极限。