预应力空心板梁单梁静载方案
目 录
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工程概况 ................................................................................................................................... 1 1.1 1.2 1.3 2
项目简介 ....................................................................................................................... 1 技术标准 ....................................................................................................................... 1 试验依据 ....................................................................................................................... 1
桥梁荷载试验 ........................................................................................................................... 1 2.1 2.2
荷载试验的基本原则 ................................................................................................... 1 荷载试验与计算分析的联系 ....................................................................................... 2
3 静载试验方案 ........................................................................................................................... 3 3.1 3.2 3.3 3.4
测试截面的选择及工况设置 ....................................................................................... 3 试验测点的布置 ........................................................................................................... 3 试验加载与分级 ........................................................................................................... 5 荷载试验控制 ............................................................................................................... 6
3.4.1 试验准备阶段 ............................................................................................................... 6 3.4.2 试验加载的控制与安全 ............................................................................................... 6 3.5
试验结果整理与分析 ................................................................................................... 7
3.5.1 试验资料修正 ............................................................................................................... 7 3.5.2 试验曲线整理及分析 ................................................................................................... 8 3.5.3 桥梁承载能力评定 ....................................................................................................... 9
20m空心板梁静载试验方案
1 工程概况
1.1 项目简介
检测1片20m预应力混凝土空心板梁。进行的检测项目有：单梁静载试验。
1.2 技术标准
预制梁采用C50混凝土。
1.3 试验依据
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004） 《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004） 《公路旧桥承载能力鉴定方法》（试行）1988
2 桥梁荷载试验
2.1 荷载试验的基本原则
（1）．选择关键部位，体现结构受力特点
荷载试验的主要测试内容是应力（应变）和挠度等反映承载力的指标，而承载力体现了结构在最不利受力状况下，各主要因素影响的综合反映值。结构整体的最不利受力状况必须是与结构承载力的主要部位相对应，因此，测试控制部位必须突出结构体系受力的特点，选择结构的关键部位，充分反映结构整体工作协调性。
（2）．测试内容反映结构承载力指标
承载力指标主要包括强度、刚度、稳定性、动力响应、动力特性等。不同的结构体系，承载力测试的指标侧重也有所不同。因此，在确定试验方案时，应通过试验前分析，选择量测单元的量程，并按荷载效应的主方向布设量测单元。使荷载试验测试内容充分反映结构承载力指标。
（3）．通过试验观察梁体裂缝、下挠等病害的发展情况、查找原因 荷载试验的另一个目的是通过试验分析结构破损、下挠及裂缝等病害表现的
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20m空心板梁静载试验方案
产生原因，在试验荷载作用下的发展情况及对结构使用的影响。
（4）．试验应以无损结构为限度
桥梁荷载试验的目的是评价桥梁实际承载力状况，以确保通行安全，因此，所做荷载试验不能达到使桥梁破坏损伤的程度。
（5）．试验布载原则
确定荷载试验的荷载布置方案前，首先将设计荷载按纵、横向最不利的方式进行布置，得出控制截面的最大效应值，然后反算试验荷载，其原则是二者所得控制截面的效应值相近。二者之间的关系通过“静力试验荷载效率”来反映。静力试验荷载效率表示为：
Sstat/(S(1))
式中：
Sstat－－试验荷载作用下，检测部位变位或力的计算值；
S－－设计标准活荷载作用下，检测部位变位或力的计算值（不计动力系数）； ζ－－动力系数。
基本荷载试验要求：0.8＜η≤1.05
一般采用分级加载。现对桥梁进行预压，而后分级加载，分级的数量视具体情况而定，其最终目的是为了及时发现荷载试验过程中可能出现的安全隐患，更好地保证桥梁试验安全。
2.2 荷载试验与计算分析的联系
桥梁现场荷载是通过对现有结构实际加载，观测桥梁在各控制荷载作用下各控制截面的应力应变及某些有代表性的裂缝的发展情况，从而达到了解整个结构的实际工作性能的目的。计算分析则是大量收集桥梁的各种技术资料，包括桥梁的实际状况检测资料，并根据资料中所反映的信息，尽量真实地模拟桥梁的最新状况，通过专业软件对桥梁结构进行模拟计算，并根据计算结果对桥梁现状作出分析判断。桥梁荷载试验是直接测试桥梁的实际工作性能，结构计算分析通过模拟间接验算桥梁的工作性能。二者通常是相互配合、互为参考的。桥梁荷载试验的实测结果需要与计算分析的理论结果相比较、判断，而理论计算分析结果则可以通过荷载试验来进一步验证。
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20m空心板梁静载试验方案
3 静载试验方案
本次试验检测对象选择的为跨径20m的简支空心板梁，试验方案如下。
3.1 测试截面的选择及工况设置
试验桥跨选取：综合考虑外观检查时发现的质量较差的板梁，有质量怀疑的板梁，通过回弹法测试混凝土抗压强度较小的板梁，各单位混凝土试块抗压强度较小的板梁。选取1片边梁（水涧沟大桥右幅3-5号板梁）和1片中梁（马溜西沟中桥右幅1-4号板梁），根据简支梁桥受力特点，对该板梁跨中正弯矩进行测试，测试截面见图3.1-1及图3.1-2。
1596A798798331530A33 图3.1-1 中梁试验控制截面位置示意图（单位：cm）
7981596B798331530B33 图3.1-2 边梁试验控制截面位置示意图（单位：cm）
3.2 试验测点的布置
（1）挠度测点
静挠度采用精密水准仪测量测量支点沉降，采用百分表测量跨中挠度，挠度测点纵向布置如图3.2-1所示，在板梁横向位置与应变测点相同。
798N1/21596798N5/6N3/433水准测点1530百分表测点33图3.2-1 挠度测点布置示意图（单位：cm）
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20m空心板梁静载试验方案
（2）应变测点布置
应变测试采用美国基康公司生产的钢弦应变计及应变自动采集系统。测点主要布置在跨中截面，两腹板处相应梁体底面纵向各连续布置5个应变计，且根据现场情况布置温度补偿测点。应变布置如图3.2-2及图3.2-3所示。
A01A02A03A04A18151818181815A05~0915A17A16A15应变测点894A10~1415
图3.2-2 中板变测点布置图（单位：cm）
B01B02B03B04B18B17应变测点B16B15B05~091594B10~1415
图3.2-3 边板变测点布置图（单位：cm）
若跨中出现裂缝，应选择典型裂缝，跨裂缝布置应变计，在试验过程中测试裂缝宽度是否变化，并比较裂缝总宽度是否超过《公路旧桥承载能力鉴定方法》（试行，1988）中规定的宽度。跨裂缝应变计的布置方式见示意图3.2-4。在裂缝最大宽度处布置裂缝计，测试试验中裂缝的宽度是否扩展，在裂缝端部布置裂缝计，测试裂缝长度是否有扩展的趋势。
1818188618181584
20m空心板梁静载试验方案
裂缝最大宽度处
图3.2-4 裂缝应变计布置示意图（单位：cm）
3.3 试验加载与分级
静载试验一般分3至5级加载，本方案设计为分5级加载。加载采用长度为12m的钢筋，钢筋布置在跨中区域，如图3.3所示。
1981200加载区域198331530159633
图3.3 加载区域布置（单位：cm）
每级试验加载重量及作用效应计算值如表3.3-1及表3.3-2所示。
表3.3-1 中梁加载分级及作用效应计算值
加载等级 第1级 第2级 第3级 第4级 第5级 加载重量(kN) 50 100 150 200 250 试验弯矩(kN.m) 116.8 233.5 350.3 467.0 583.8 表3.3-2 边梁加载分级及作用效应计算值
加载等级 第1级 第2级 第3级 第4级 第5级 加载重量(kN) 50 100 150 200 260 试验弯矩(kN.m) 116.8 233.5 350.3 467.0 607.1 加载效率 0.194 0.387 0.581 0.774 1.006 理论应变(με) 30.8 61.5 92.3 123.0 159.9 理论挠度(mm) 1.69 3.38 5.07 6.76 8.79 加载效率 0.211 0.422 0.633 0.844 1.054 理论应变(με) 33.4 66.8 100.2 133.6 167.1 理论挠度(mm) 2.02 4.03 6.05 8.06 10.08 5
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3.4 荷载试验控制
3.4.1 试验准备阶段
① 召开动员会，明确各专业组分工和各组负责人责任。 ② 经过前期准备、桥况详查，进行测点和试验项目调整。 ③ 设置测点、基准点。 ④ 在划出载位线。
⑤ 分解各工况，对可以合并的工况步骤进行合并利用，尽量减少加载阶段，提高试验效率，缩短试验时间。
⑥ 连接仪器设备，通电检查各个系统工作是否正常。 ⑦ 进行全体人员合练，模拟试验过程，发现问题及时解决。 ⑧ 根据天气情况，最终确定加载时间。
3.4.2 试验加载的控制与安全
试验指挥人员在试验加载过程中随时掌握各方面的情况，对加载进行控制。既要取得良好的试验效果，又要确保人员、仪表设备及桥梁的安全，避免不应有的损失。
① 加载的控制：应严格按设计的加载程序进行加载，荷载的大小，截面内力的大小都应由小到大逐渐增加，并随时作好停止加载和卸载的准备。 ② 测点的观测：对加载试验的控制点应随时观测，随时计算并将计算结果报告试验指挥人员，如实测值超过计算值较多，则应暂停加载，待查明原因再决定是否继续加载。试验人员如发现其他测点的测值有较大的反常变化也应查找原因，并及时向试验指挥人员报告。
③ 加载过程的观察：加载过程中应指定人员随时观察结构各部位可能产生的新裂缝，注意观察构件薄弱部位是否有开裂、破损，组合构件的结合面是否有开裂错位，支座附近混凝土是否开裂，横隔板的接头是否拉裂，结构是否产生不正常的响声，加载时墩台是否发生摇晃现象等等，如发生这些情况应报告试验指挥人员，以便采取相应的措施。 ④ 终止加载控制条件：发生下列情况应中途终止加载：
➢ 控制测点的应力值达到或超过用弹性理论按规范安全条件所得控
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制应力值时。
➢ 控制测点变位（或挠度）超过规范允许值时。
➢ 由于加载，使结构裂缝的长度，缝宽急剧增加，新裂缝大量出现，裂缝宽度超过允许值的裂缝大量增多，对结构使用寿命造成较大的影响时。
➢ 加载时沿跨长方向的实测挠度曲线分布规律与计算值相差过大或实测挠度超过计算过多时。
➢ 发生其他损坏，影响桥梁承载能力或正常使用时。
3.5 试验结果整理与分析
3.5.1 试验资料修正
（1）温度影响修正
温度对测试的影响比较复杂，结构构件的各部位不同的温度变化、结构的受力特性、测试仪器的温度变化、电测元件的温度敏感性、自补性等等均对测试精度造成一定影响，逐项分析这些影响是困难的。一般可采用综合分析的方法来进行温度影响修正，即利用加载试验前进行的温度稳定观测数据，建立温度变化和测点测值变化的线性关系，然后按下式进行温度修正计算：
SStKt
式中，S ——温度修正后的测点加载值对应的荷载效应变化量；
S′——温度修正前的测点加载值对应的荷载效应变化量；
Δt——相应于S′观测时间内的温度变化量；
Kt——空载时温度上升1℃时测点变化量，按下式计算：
KtS t1式中，ΔS ——空载时某一时间内测点测值变化量；
Δt1——相应于ΔS′观测时间内的温度变化量。 （2）支点沉降影响修正
支点沉降会产生刚体位移和转角，测试结果不仅包括弹性挠度，也包括刚体位移，因此，当支点产生沉降时，应按下式修正其对挠度的影响：
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Clxxab ll式中，C——测点的支点沉降影响修正量；
l ——A支点到B支点的距离； x ——挠度测点到A支点的距离； a ——A支点沉降量； b ——B支点沉降量。 （3）测点变位与应变计算 根据测量数据作以下计算：
总变位（或总应变）： St ＝ S1－Si 弹性变位（或弹性应变）： Se ＝ S1－Su
残余变位（或残余应变）： SP ＝ S1－Se ＝ Su－Si
S相对残余变位（或应变）： SPP100%
St式中，Si ——加载前测值；
S1 ——加载达到稳定时测值； Su ——卸载后达到稳定时测值。 （4）应力计算
根据测量到的测点应变，当结构处于弹性工作状态时可利用应力应变关系计算测点应力。对单向应变测点，其应力计算直接按单向胡克定律进行计算：σ＝
Eε 3.5.2 试验曲线整理及分析 （1）荷载—变形曲线
荷载—变形曲线能宏观地说明结构的基本状态和工作性质，说明结构处于弹性或弹塑性工作阶段，同时也能反映局部现象如开裂与否及节点的工作状态等。
（2）结构位置—变形（或应变）曲线 结构位置—变形曲线主要有以下两种： ① 变形与构件位置曲线； ② 应变沿测试截面分布曲线。
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通过这些曲线，可宏观判断挠度测试结果是否正确，卸载后的残余变形如何分布等问题，也可利用结构的对称性进行检查。
根据应变沿测试分布曲线，可初步推断构件是否尚基本符合平截面假设，并进而初步推断结构是否尚基本处于线弹性工作阶段，同时也可初步了解中性轴的位置。
3.5.3 桥梁承载能力评定
经过对桥梁进行静载试验，应根据整理的试验资料，分析结构的工作状况，进一步评定桥梁承载能力和桥梁状况。 （1）结构工作状况 ① 校验系数η
校验系数是评定结构工作状况、确定桥梁承载能力的重要指标，校验系数η等于荷载效应实测值与理论值的比值：
S实测S计算
一般要求结构校验系数η不大于1，η值越小结构安全储备越大。η过大或过小都应该从多方面分析原因。
η过大：结构材料强度较低，结构各部分联结性差，结构刚度较低等。 η过小：结构材料实际强度及弹性模量较高，桥面与主梁共同受力，支座摩阻力对结构受力影响有利，结构计算偏于安全等。
② 实测值与理论值关系曲线
由于理论的变位（或应变）一般按线性关系计算，所以若实测值与理论值关系曲线成正比，线性相关系数越高，说明结构处于良好的弹性工作状态。
③ 相对残余变位（或应变）
该值越小说明结构越接近弹性工作状况，一般要求相对残余应变（位移）不大于20%。当该值大于20%时，应查明原因，并在结构评定时酌情降低桥梁的承载能力。
④ 横向增大系数ξ
主要测点在控制荷载工况作用下的横向增大系数ξ，反映了桥梁结构荷载横向不均匀分布的程度及横向联结的工作状况。ξ越小，说明荷载横向分
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布越均匀，横向联结越可靠；ξ越大，说明荷载横向分布越不均匀，横向联结越薄弱。
（2）结构强度及稳定性
当荷载试验项目比较全面时，可采用荷载试验主要挠度测点的校验系数η来判定结构的强度和稳定性。
对于新建桥，可借用《公路旧桥承载能力坚定方法（试行）》中荷载试验后的旧桥检算系数Z2，按下式进行验算：
RcRsSddG,qQbR,Z2
sdc各参数意义及评定方法详见《公路旧桥承载能力鉴定方法（试行）》。 ① 结构刚度
试验荷载作用下，主要测点挠度校验系数η应不大于1，梁式桥跨中挠度不应大于L/600，其中L为跨径。
② 裂缝
对于全预应力及A类桥梁在试验荷载作用下不允许出现裂缝，对于部分预应力混凝土B类桥梁和普通钢筋混凝土桥梁裂缝宽度不允许超过《公路旧桥承载能力鉴定方法》（试行，1988）和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）的要求。
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