预应力混凝土空心板单梁静载试验分析.pdf

7 2 低温矬筑技术 2 0 1 2年第 3 l 9 】 ( 总第 1 6 5期 ) 预应力混凝土空心板单梁静载试 验分 析 张彦斌 ， 张宏祥 ( 1 吉林省交通建设集团有限公 司 长春1 3 0 0 0 0； 2 东北林业大学 ， 哈尔滨1 5 0 0 4 0) 【 摘要】 单梁静载试验是鉴定桥梁能否正常运营的一个重要手段， 通过单梁静载荷试验 ， 检测梁的实际工 作状况与结构性能是否达到设计文件和规范要求。结合实例， 测试单梁在最不利荷载作用下的实际受力情况， 以 判断单梁结构的实际承载能力， 本文介绍了预应力钢筋混凝土空心板单梁静载试验的内容 、 检测方法。总结静载 试验的结果， 从而对预应力钢筋混凝土空心板作出正确的质量评估， 为以后的试验提供依据。 【 关键词】 空心板； 静载试验； 质量评定 【 中图分类号】 T U 3 7 8 5 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 0 3 0 0 7 2 0 3 依宝( 依兰一宝清) 公路双河至七台河( 大小岭) 段内一 座单梁长为 2 0 0 m的预应力混凝土空心板桥 ， 计算跨径为 1 9 2 6 m， 单幅桥面宽度为 1 2 2 5 m。每孔由9片空心板组成。 预制空心板、 封锚端、 铰缝和桥面现浇层均采用 C 5 0混凝 土， 弹性模量 为 3 4 51 0 MP a ； 普 通钢 筋采用 R 2 3 5和 H R B 3 3 5 。预应力钢筋采用公称直径为 d=1 5 2 ra m的低松 弛高强度钢绞线， 抗拉强度f p k =1 8 6 0 MP a ， 弹性模量 E 。= 1 9 51 0 MP a 。设计荷载为公路 一 I 级。 为保证依七高速公路施工质量， 保证该桥结构的安全 性， 对 2 0 0 m预应力混凝土空心板进行了静载试验 ， 验证单 梁混凝土强度是否满足设计要求， 通过荷载试验， 判定主梁 的现有技术状况及承载能力是否符合设计要求， 判定该桥 各片梁能否安全可靠地投入使用。同时积累技术材料。 1 2 0 m空心板 外观调查 试验前对试验梁的外观质量检查 ： 试验梁总体尺寸 和细部尺寸基本符合 J T J 0 7 19 8 公路工程质量检验评定 标准 的有关要求； 边板除有少量收缩裂缝外， 梁体表面 基本完好没有典型病害。混凝土表面光洁、 平整， 无孔洞及 蜂窝 、 麻面。 2 试验 方案 根据试验检测的目的并结合现场的实际情况 ， 制定了 荷载试验方案 ， 确定了试验内容、 检测断面及测点的位置， 对试验荷载的准备和加载工况进行了合理的安排 ， 进行了 试验仪器的准备和测试方法的研究。 2 1 试验内容和测点布置 根据设计的荷载试验方案， 选取空心板跨 中截面为应 变测试截面， 应变测点布置见图 1 ； 选取空心板的跨中截面 为挠度测试截面， 挠度测试截面及测点布置见图 2 ； 在试验 过程中， 对空心板在每级荷载作用下的裂缝宽度、 长度、 起 点坐标及裂缝走向进行观测。 2 2 试验荷载和加载工况 ( 1 ) 恒载 及活载 内力效 应。本试 验 属对 工程 质量 的 鉴定， 试验荷载为正常使用极限状态荷载。本试验为单片 裸梁静载试验， 试验粱桥面铺装尚未进行施工。因而 ， 单梁 试验荷载包括二期恒载( 主梁自重及预应力已作用于梁上， 支承中心 空心板跨中 支承中心 说明： 1 图中尺寸均以c ln 计 2 测试截面布置千分 表，共需采用精度 为0 0 0 1 mm的千分 表8 块 图l 2 0 m空心板应力 ( 应变 )测试断面及测点布置 支承 中心 空心板跨中 支承中心 I I I 竺 塑 垒 壁 里 坌 妻审 卓 图2 2 0 m 空心板挠度及支点位移测试断面及测点布置 其效应无法测试) ， 活载需按结构横向和纵向影响线进行最 不利 布载 。 经过计算， 在公路 一I 级汽车荷载作用下， 试验梁的荷 载横向分布系数 = 0 3 2 6 ， 冲击系数肛= 0 2 8 8 ， 计算得二 期恒载和汽车活载在试验梁跨中产生的弯矩值见表 1 。 表 1 控制截面的加载效应和荷载效率 k N n l 检测项 目 s( 1 ) S 静载试验效率7 7 跨 中最大弯矩 P k N m 9 6 8 9 3 0 1 0 4 注 ： s为控制荷载作用下 控制截 面最不利 内力 计算值 ； 为冲击 系 ； s 为静载试验荷载作用下控制截 面内力计算值。 本次试验采用跨中单点加载 ， 为保证加载效率， 跨中集 中力应为 2 0 8 k N 。 张彦破等： 预应力混凝土空心板单梁静载试验分析 7 3 ( 2 ) 试验荷载的确定。通过对梁的营运特点分析 ， 选 梁跨中截面弯矩为控制指标。根据现场的实地调查， 采用 跨中单点集中加载方式 ， 加载荷载值为 2 0 8 k N 。本次试验现 场采用配重施加荷载， 分两次加载， 第一次为加载重量为 1 2 5 k N， 第二次加载重量为 8 3 k N， 见图3 。 图3 2 0 m空心板静载试验荷载布置图 ( 单位：c m) 2 3 测试方法和试验设备 空心板挠度测量， 采用在测试截面上布置百分表测量， 挠度测点处分别将百分表布置在两侧支点、 跨中截面。共 计布设3个百分表。空心板混凝土表面应变测量， 采用在测 试截面上布置千分表测量， 在试验梁跨中截面沿梁高布置 5 个千分表 。 在试验过程中， 对空心板采用人工 E t 测， 并配读数放大 镜、 直尺、 照相机等工具量测并记录每级试验荷载作用下的 裂缝宽度、 长度、 起讫点坐标及裂缝走向。 试验荷载持续时间， 原则上取决于结构变位达到相对稳 定所需要的时间， 只有结构变位达到相对稳定后。 才能进入下 一 级荷载阶段。全部测点在正式加载试验前进行零级荷载读 数， 以后每次加载或卸载 1 5 m i n 之后读数一次， 并在结构变位 达到相对稳定后， 进入下一级荷载之前再读数一次。 3 试验 结果与分析 3 1 挠度 试验荷载作用下， 从主梁跨中沉降值 中扣除支座沉降 值， 即为主梁跨中断面挠度实测值； 左试验梁跨中断面挠度 实测值见表2 。跨中挠度相对残余变形越小 ， 说明结构弹性 工作状况越充分。 表2 空心板跨中截面静载试验挠度测试结果 实测的空心板跨中截面挠度， 分析表中数据可得： ( 】 ) 试验梁跨中截面实测挠度值为 8 8 m m， 小于相应 理论计算值 1 1 5 8 ram， 其挠度校验系数为 0 7 6 ， 在预应力混 凝土桥常见值 0 61 0之间， 说明结构竖向刚度满足公路 一 I 级荷载设计和使用要求， 并具有一定安全贮备。 ( 2 ) 试验梁跨中截面实测的相对残余变形为 5 7 ， 满足 公路桥梁承载能力检测评定规程 ( 报批稿) 规定的小 于2 0 的要求， 表明桥跨结构基本处于弹性工作状态。 3 2 应力 ( 应变 ) 在试验荷载作用下， 混凝土应变沿梁高分布基本呈线 性分布。为减少试验误差， 应用最小二乘法原理对各截面 测点数据进行回归分析， 确定一条误差较小的最佳试验曲 线， 即沿梁高变化的直线方程。梁侧混凝土应变测试结果 见图4 。根据最佳试验 曲线， 将应变乘以混凝土弹性模量， 即得到相应测点的混凝土应力， 见表 3 。 一9 2 9 1 N 0 嗍 1 28 4 4 f c - -1 28 4 4 - 23 3 y 图4 左幅 1 9 号梁跨中截面混凝土应变沿梁高分布图 注 ： 1 y表示测点 间距离单 位 e m， 表示 测点微 应变 ； 2 应 变以拉为正， 压为负； 3 虚线表示实测应变曲线， 实线表 示 回归 曲线 ； 4 图中公式为 回归方程。 混凝土应变分析表明， 控制断面混凝土应变沿梁高的 变化基本符合受弯构件平面假设； 混凝土上、 下缘应力校验 系数均在 公路桥梁承载力检测评定规程 ( 报批稿) 中预应 力混凝土桥常见值0 5 0 9之间， 说明结构强度能满足使 用要求并具有一定安全贮备。 表 3 空心板跨中截面静载试验应变测试结果 3 3 裂缝 荷载试验过程中， 经人工目测检查 ， 试验梁在满载时， 梁下缘无任何结构性裂缝出现， 满足部分预应力 A类构件 不允许 出现裂缝。 4结语 ( 1 ) 空心板总体尺寸和细部尺寸均符合 公路工程质 量检验评定标准 的有关要求。 ( 2 ) 空心板外观质量较好 ， 除有少量收缩裂缝外没有 典型的病害和结构性裂缝。 ( 3 ) 空心板跨中正截面强度的加载试验效率为 1 0 4， 满足 公路桥梁承载能力检测评定规程 ( 报批稿) 规定的 0 8 田 1 0 5的要求。 ( 4 ) 空心板跨中截面实测挠度值为 8 8 ra m， 小于相应 理论计算值 1 1 5 8 ra m， 其挠度校验系数为 0 7 6 ， 在预应力混 凝土桥常见值0 61 0之间， 说明结构竖向刚度满足公路 一 I 级荷载设计和使用要求， 并具有一定安全贮备。 ( 5 ) 空心板跨中截面实测的相对残余变形为 5 7 ， 满足 公路桥梁承载能力检测评定规程 ( 报批稿) 规定的小 于 2 0 的要求， 表明桥跨结构基本处于弹性工作状态。 7 4 低温建筑技术 2 0 1 2年第 3期( 总第 1 6 5期 ) 基 于 A R模型随机海浪的模拟研 究 张文福 ， 谢丹 ， 计静 ， 刘迎春， 陈春磊 ( 东北石油大学土木建筑工程学院， 黑龙江大庆1 6 3 3 1 8) 【 摘要】 基于 A R模型的基本原理和算法， 利用 M A T L A B软件编写随机海浪的模拟程序， 模拟出以P M 单参数谱及其方向谱为靶谱的随机海浪波高时程样本。计算出前若干阶 A R模型的精度和计算时间， 比较得出一 个精度合理、 效率较高的自回归阶数。通过与 目标相关函数和功率谱密度的对 比， 说明用 A R模型进行随机海浪 的模拟是可靠的。 【 关键词】 A R模型； 随机海浪； 海浪普 【 中图分类号】 T U 3 5 2 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 0 3 0 0 7 4 0 3 S n ULAT I oN 0lF RANDoM W AVE B AS ED ON AR MoDEL Z HANG We n f u ，X I E D a n， J I J i n g ，L I U Yi n g c h u n， CHE N C h u n l e i ( S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e ，N o r t h e a s t P e t r o l e u m U n i v e r s i t y ， H e i l o n g j i a n g D a q i n g 1 6 3 3 1 8 ， C h i n a ) Abs t r ac t ： Ba s e d o n AR mo d e 1 t h e p r o g r a m f o r r a n d o m wa v e s i mu l a t i o n i s g i v e n u s e d t h e Ma t l a b Ac c o r d i n g t o the t a r g e t s p e c t r u m o f P M s p e c t r u m a n d i t s d i r e c t i o n s p e c t r u m ，t h e s a mp l e o f r a n d o m wa v e h e i g h t t i me h i s t o r y i s s i mu l a t e d A h i g h e ffic i e n c y o r d e r o f AR mod e l i s o b t a i n e d b y c o mp a r i s o n t h e a c c u r a c y o f f o r me r f e w- o r d e r AR mo d e 1 C o mp a r e d the a u t o c o r r e l a t i o n a n d p o we r s p e c t r u m d e n s i t y f u n e t i o n o f s i mu l a t i o n s a mp l e w i th t h e o b j e c t i v e a u t o - c o r r e l a ti o n a n d p o w e r s p e c t r u m d e n s i t y f u n c ti o n r e s p e c - t i v e l y，i t i n d i c a t e s t ha t the AR mo d e l f o r s i mul a t i o n o f r a n d o m wa v e i s r e l i a b l e Ke y wo r ds： AR mo d e l ；r a n d o m wa v e；wa v e s p e c t rum 随着全球人口的增加与当今科学技术的发展， 人类的 生存空间逐步向海洋拓展。海上电站、 海上机场、 海洋石油 平台等海洋工程结构大量涌现。海浪荷载是海洋工程结构 设计重要的外荷载之一， 因此对海浪荷载的研究有重要的 实用价值。利用时域方法对海洋结构进行海浪荷载下的 动力响应分析是海浪荷载研究的一个重要的方面， 这种方 法实现的前提是必须要有相应的海浪的波高时程记录， 而 目前已有的实测海浪的波高记录较少， 满足不了工程设计 的要求， 所以如何有效的利用海浪谱对随机海浪进行计算 模拟是海洋工程领域的研究重点之一。 与风场的模拟类似 ， 随机海浪的模拟方法主要包括以 下几种： 谐波叠加法、 小波分析法和自回归法等。谐波叠加 法的原理比较简单 ， 但是计算量大， 耗费大量时间。小波分 析法模拟程序较复杂， 计算量也非常大。相比之下， A R模 ( 6 ) 空心板跨中断面混凝土应变沿梁高的变化基本 符合受弯构件平面假设； 空心板混凝土上、 下缘应力校验系 数均在 公路桥梁承载力检测评定规程 ( 报批稿) 中预应力 混凝土桥常见值 0 5 0 9之间， 说明结构强度能满足使用 要求并具有一定安全贮备。 ( 7 ) 荷载试验过程中， 通过人工 目测仔细检查， 空心 板满载时， 梁下缘混凝土无任何结构性裂缝出现， 满足部分 预应力 A类构件不允许出现裂缝的要求。 参考文献 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 R 1 9 8 2 2 交通部公路规划设计院 公路旧桥承载能力鉴定方法( 试行 ) M 北京： 人民交通出版社， 1 9 9 8 3 李林军， 刘群 2 0 m预应力混凝土空心板静载试验与分析 J 铁道建筑， 2 0 0 4 ， ( 7 ) ： 2 7 2 9 4 J T G I ) 6 2 2 0 0 4 ， 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规 范 s 收稿 日期 2 0 1 1 一 l O 一 2 l 作者简介 张彦斌( 1 9 7 8 一) ， 男， 山西昔阳人， 高级工程师， 研究方向 ： 桥梁施工 。