２０１１年第３期 第３７卷总第１６１期 Ｓｉｃｈｕａｎ ＢｕｉＭｉｎｅ ＭａｔｅｒｉａＩｓ Ｉ・ｔ之材 ・１５３・ ２０ｌ１年６月 预应力混凝土空心板桥荷载试验 黄晓清 （涟源市农村公路管理局，湖南涟源摘要：为了检验某预应力空心板桥的施工质量是否 ４１７１００） 梁结构受力情况，跨中截面作为荷载试验的主要测试截面， 控制截面位置如图２所示。用桥梁博士计算软件建立全桥 符合设计要求，保证桥梁使用的安全性，对预应力空心板 桥进行了荷载试验（包括静载试验与动载试验），介绍了检测 内容、加载方案，得到了静载与动载试验评定结果。 关键词：预应力；空心板；静栽试验：动载试验；安 全性评价 中图分类号：ＴＵ５０２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７２—４０１１（２０１１）０３—０１５３—０３ １ 工程概况 某桥为６孔２０ １１１跨径预应力空心板桥，桥面宽：净 ８．５＋２×０．５ｍ（防撞栏杆），由７块预应力空心板组成，空心 板高０．９ ｍ，中板宽１．２４ ｍ，边板平均宽１．６２ ｍ，该桥概 貌见图１。该桥设计荷载为公路Ⅱ级，为了判定该桥的整体 质量是否达到设计要求，对该桥进行了竣工后的荷载试验 （包括静载试验与动载试验），以对桥的承载能力和使用性能 作一次全面的技术评估，确保该桥在正常营运期间的使用 安全 图１桥梁概貌 ２静载试验结果 ２．１试验荷载确定 为了检测桥梁关键截面的受力、变形及桥梁的运营安 全系数，按试验构件截面“等效内力”原则确定每次加载 时的汽车总数量和排列位置，使加载汽车组成的荷载与设 计荷载在该截面产生的内力基本相等。对各测试截面活载 内力进行计算分析，确定静载试验时荷载的大小。静载试 验时用装载后总重为２５０ ｋＮ的汽车直接加载，通过理论计 算确定共需加载车３辆。 ２．２影响线及加载车辆布置图 台 跨中 ｌ’墩 ２ 墩 ５ 墩 ６ 台 图２桥型布置图（ｍ） 的计算模型，绘制控制截面的横向分布影响线，横向分布 影响线见图３。 Ｉ ５０．８５０ ．５０ 。ｏ ｏ ｏ ｏ ｏ ｏ ｏ ２ ３ ４ ５ ６ 图３跨中截面１ 板横向分布影响线（ｃｍ） 按预应力空心板桥受力与变形特点，本次试验考虑了 两种静载试验工况。为了检验结构承载力是否符合设计要 求，确定桥梁能否正常使用。按施工检测性质，属“验收荷 载试验”，即最大试验荷载为设计标准规定的荷载（包括标准 规定的动力系数或荷载增大系数等因素）。桥梁的静力试验 按荷载效率１１来确定，试验的最大荷载见表１，静力荷载 效率１１计算式为： 叩＝ （１） 式中，Ｓ 为试验荷载作用下检测部位变形或内力的计 算值；Ｊｓ为设计标准荷载作用下检测部位变形或内力的计算 值；ｄ为设计取用的动力系数。 表１ 荷载试验效率系数 项目 Ｓｓｔａｔ 占 （ｋＮ・ｍ） （ｋＮ・ｍ） 工况ｌ（跨中最大正弯矩加偏载） ４００ ４６ｏ １．１９ ０．９７ 工况ＩＩ（跨中最大正弯矩加中载） ３４８ ３７６ １．１９ Ｏ．９ｌ 由表１可知：６＝１．０５，７１＝０．８，满足“基本荷载试验” 条件。 ２．３测点布置与观测方法 采用精密电子水准仪测量各级荷载作用下桥面挠曲变 形的变化，在行车道一侧靠防撞栏杆位置布置水准尺，桥 面挠曲变形测点布置见图４。测试跨共布置水准尺５支，具 体位置为０、Ｌ／４、Ｌ／２、３Ｌ／４、Ｌ处。 台 ｌ五跨 跨 线 ３五跨 １ 图４桥面挠曲变形测点布置（ｍ） ・１５４・ ！ Ｉ・Ｊ之材 ｆｃ ｚ‘Ｉ ，ｌ “ｆｆｃ ＾ 一口 ２０１１年第３期 第３７卷总第１６１期 ２Ｏｌ１年６月 用静态电阻应变仪测量应变，将混凝土应变片粘贴在 谱分析，得到桥梁的自振频率。实测结果见表４，表中列出 了前２阶自振频率。 表４ 桥梁实测自振频率与计算自振频率 频率阶数 实测频率（Ｈｚ） ８．２５ １１．０ｏ 被测构件的测点位置。加载时测量各点应变变化，再根据 被测构件的弹性模量换算出应力变化。跨中截面应变片布 置见图５。 计算频率（Ｈｚ） ４．９２ ９．２５ ． ｒＪ ｌ ２ 『１ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ厂 实测２０ ｋｍ／ｈ跑车试验的波形图及波形频谱分析图见 Ｌ位 ｔ２５ ／２５ ／２５ １２５ １２５ １２５ Ｉ宙５跨中截面应变片布置（ＣＩＦＩ） ２．４静载试验结果 ２．４．１挠曲变形测试结果 采用精密电子水准仪测读各级荷载作用下桥面挠曲变 形的变化，各工况下各测点实测挠度和相对残余变形见表 ２。桥面挠度的理论计算值、实测值及校验系数ｈ值见表３。 表２ 各测点实测挠度和相对残余 （单位：ｍｍ） 工况 截面位置 Ｌ／４ Ｌ／２ ３Ｌ，４ Ｉ 挠度 １．８１ ３．３８ １．７４ 残余 Ｏ．０６ ０．０５ 一Ｏ．Ｏ３ Ⅱ 挠度 １．４３ ２．Ｏ５ １．３８ 残余 一０．０８ —０．０６ —０．０３ 表３ 跨中挠度理论计算值与实测值比较 （单位：ｍｍ） 项目 计算值Ｓ 实测值Ｓ 校验系数∞ 工况Ｉ 加偏载 ４．１４ ３．３８ Ｏ．８２ 工况Ⅱ 加中载 ３．３４ ２．Ｏ５ Ｏ．６１ 交通部基本建设质量监督总站编写的《桥涵工程试验检 测技术》中规定预应力混凝土桥梁挠度校验系数ｈ＝０．７０～ １．ｏＤ，而实际的挠度校验系数除工况Ｉ达到０．８２以外，其 余均小于０．７，可见桥梁的实际刚度比理论预测值大，桥梁 安全储备较大。 根据实测的桥面挠度值知，计算跨径为１９．３ ｍ的预应 力混凝土桥梁实测最大挠度为３．３８ ｍｍ，按《桥规》（ＪＴＧ Ｄ６２—２００４）规定预应力混凝土桥梁的最大挠曲变形不大于 Ｌ／６００＝３２．１ ｍｍ。试验荷载作用下，该桥梁跨中截面最大 挠曲变形为３．３８ ｍｍ＜３２．１ ｍｍ，故该桥结构满足正常使用 条件下截面刚度要求。 ２．４．２静载试验结果评定 本次静载试验结果表明：①实测应力值与理论应力值 的比值ｈ满足要求；②残余变形值与总变形值之比Ｊｓ ／ｓ 最 大值为６．３％，满足要求；③工况Ｉ，Ｓ ＝３．３８／Ｔｔｒｎ；预应力 混凝土梁桥设计容许挠度值：［Ｄ］＝Ｌ／６００＝３２．１／ｎ／Ｔ￣，Ｓ ＜ ［Ｄ］，满足设计要求；④该桥在静载过程中没有发现裂缝产 生，满足设计要求。 ３动载试验结果 ３．１测点布置 在试验跨跨中位置布置两个加速度传感器，测试桥梁 结构的动力特性和自振特性。 ３．２测试与分析结果 在试验跨测试中对环境随机激励下的测试信号进行频 图６，实测３０ ｋｍ／ｈ跑车试验的波形图及波形频谱分析图见 图７。实测跳车试验的波形图及波形频谱分析图见图８。 （ａ）波形图 （ｂ）波形频谱分析图 图６ 汽车以２０ｋｍ／ｈ速度在桥上行驶时测试结果 ×１ ｏ．（ｍＶ）［Ｕ￣Ｚ标：Ａ＝１０３３１ ５ｍＶ （ｍＶＭ１】顿道光标：Ａ＝２４８５６２ｍＶ （ａ）波形图 （ｂ）波形频谱分析图 图７ 汽车以３０ ｋｍ／ｈ速度在桥上行驶时测试结果 ：：：１３０００ ｛矗 幅 器茹ｌ】２Ｄ∞ ｌｆ｝’＇…… ！§ｉ ００ …… （ａ）波形图 （ｂ）波形频谱分析图 圈８ 汽车跳车时测试结果 ３．３结果评定 （１）该桥前两阶频率实测值大于理论值，说明该桥的 刚度较高。 （２）汽车行驶及跳车时，结构各部位反应平稳，表明 该桥的动力性能良好，该桥的动力性能满足设计规范要求。 ４结论 通过该桥的静载试验实测结果和理论计算值比较，对 该桥的整体受力性能综合评定结论如下： （１）静载试验采用２５０ ｋＮ重加载车３辆，对该桥进行 了应力及挠曲变形测试，并对可能开裂部位进行了裂缝观 测。通过静载试验，该桥经历了一次设计荷载的考验，试 验荷载作用下该桥未出现任何异常情况，加载期间未发现 裂缝产生。 （下转第１５６页） ．１５６・ ｆＪＪ之材２０１１年第３期 ９．０１１年６月 Ｓｉｃｈｕａｎ ＢｕｉｌｄｉｎｇＭａ 砌 第３７卷总第１６１期 Ｐ０ｘｈ＝１／３ｘｈｘ［ （ＫＫＰ—Ｋ ）ｘｌＪ２ｘｈ］ 缺陷严重的不再使用。型钢在距端部１０ ｃｍ处采用氧气切 把数据代入以上公式得： 割一１０×５（ｅｍ）的孔，以备插打工字钢时挂钢丝绳。框架 ｈ＝３ ｍ，则ｔｏ＝１．１５＋３＝４．１５ ｉｎ 梁在现场进行焊接。 板桩的实际埋深应位于ｈ之下，取１．１ｔ。＝４．６ Ｉｌｌ ． ．医 ． 丽 －ｌ＿—— 实际施工采用９ ｉｎ工字钢，埋深为： ９—０．５—３＝５．５ １１１＞４．６ｍ，满足要求。 ２ 至竺竺二Ｈ竺苎Ｈ兰 Ｈ 兰竺兰 ３ 图５ 型钢支护施工流程图 ４．７ ５．３支护施工 ， ．Ｏ０ｔ ｌ３２５３Ｏ ０５ 测量班按照基坑支护设计图纸进行放线，平整场地后 图３粱的受力情况 安装框架梁，框架梁安装采用履带式挖掘机按照放线位置 吊放，吊放到位后将四角焊接。框架梁在工字钢插打时起 ４．４板桩强度检算 导向梁的作用，开挖后起内支撑的作用。 采用Ｉ ３２ａ工字钢，每米宽度可设３根（考虑工字钢之 工字钢插打采用履带式挖掘机进行，在挖掘机抓斗上 间插打时的间隙），则单根工字钢最大承受弯矩为： 部焊接一钢丝绳挂钩，然后用挖机吊起工字钢进行按压插 １Ｏ．７１／３＝３．５７ ｋＮ・Ｉｎ 打。工字钢紧贴框架梁外侧，逐根插打，打入时要确保工 则８＝Ｎ／Ｗ＝３．５７ ｘ １０ ／７０．８＝５０．４ ＭＰａ＜２１５ ＭＰａ， 字钢不发生屈曲、扭转、倾斜和墙面凹凸，打人精度高， 满足要求。 易于实现封闭合拢。在插打过程中随时测量监控每根工字 ４．５支撑框架计算 钢的斜度不超过２％，当偏斜过大不能用拉齐方法调正时， 把支撑框架长边边梁简化为三跨连续梁进行计算，框 拔起重打。工字钢打至设计标高后用电焊固定在框架梁上。 架长边边梁受均布荷载为： ・ 工字钢插打并加固完毕后进行基坑开挖。基坑开挖采 ｑ＝４，７４ ｋＮ／ｍ。 用履带式挖掘机进行，自卸翻斗车配合运输弃土至指定地 将数据代入清华大学结构力学求解器，得支撑框架边 点。开挖至基坑一半位置后即进行已开挖部分的角撑焊接， 梁最大弯矩为ｌ２．３１ ｋＮ・ｉｎ，角撑承受边梁传递压力为２６．１ 角撑焊接采用挖掘机吊放，焊工配合焊接的方法，角撑与 ｋＮ，弯矩图见图４。 框架梁的焊接要求满焊。角撑焊接完毕后再开挖剩余土方， 然后焊接剩余角撑。 ６承台施工 承台土方挖完后在基底铺设１０ ｃｍ厚Ｃ１５混凝土垫层， ４ ９４５９５５３４０６０９３９ ２６．１０ｔ０４４６５９３９０６ ２６ ｌ０１０４４６５９３９０６ ４ ９４５９５５３４０６０９３９ 然后进行破桩头、钢筋绑扎、混凝土浇筑等承台施工。 图４弯矩图 ７支护拆除 则框架边梁最大弯曲应力 承台施工完成后，先进行基坑回填，再采用履带式挖 ８＝Ｍ／Ｗ＝１２．３１×１０ ／６９２／２＝８．９ ＭＰａ＜２１５ ＭＰａ 掘机拔除工字钢，最后拆除框架梁，然后倒运至下一基坑 满足要求。 循环使用。 角撑受压力：Ｐ＝２６．１／ｃｏｓ４５。＝３６．９ ｋＮ 角撑压应力：８＝Ｐ／Ａ＝３６．９ Ｘ１０／２／６７＝２．８ ＭＰａ＜２１５ ８施工效果 ＭＰａ，满足要求。 对于淤泥质土基坑的开挖采用工字钢支护满足了施工 ５型钢支护施工 安全的要求，同时支护的施工时间比原设计的混凝土套箱 方案大大缩短，而且工字钢支护可循环使用。所以，采用 ５．１型钢支护施工流程 工字钢进行基坑支护在安全、工期、成本方面都取得了较 施工流程见图５。 好的效果。 ［ＩＤ：６６１３］ ５．２型钢准备 用于基坑支护的成品工宁钢均为新品，按出厂标准进 参考文献： 行检验；重复使用的工字钢使用前，应进行校正，变形或 ［１］刘国彬，王卫东．基坑工程手册［Ｍ］． （上接第１５４页） 一 好，具有一定的安全储备，各项检测指标均满足相关设计 （２）静载试验各工况的荷载效率系数控制为０．９０～ 规范要求。 ［ＩＤ：６６５５］ ０．９７之间，满足基本荷载试验要求。静载试验中，各板应 参考文献： 变校验系数普遍小于０．６，挠度校验系数普遍小于０．７，表 明该桥在设计荷载作用下具有一定的安全储备。在静载试 ［１］交通部公路科学研究所，等．大跨径混凝土桥梁的试验方法 验中，该桥实测桥面最大挠度为３．３８ ｍｍ，远小于《桥规》 ［Ｍ］．北京：人民交通出版社，１９８２． ［２］ 交通部基本建设质量监督总站．桥涵工程试验检测技术［Ｍ］． （ＪＴＧ Ｉ）６２—２００４）规定的Ｌ／６００的要求，表明该桥具有较好 北京：人民交通出版社，２００４． 的刚度，该桥的静力受力性能良好。 ［３］ＪＴＧ Ｄ６０—２００４，公路桥涵设计通用规范［Ｓ］． 综上所述，该桥在设计荷载作用下，整体工作性能良 ［４］ ＪＩＢ １３６２—２００４，公路钢筋混凝土及预直力混凝土桥 ８范ＩＳ３．