米T梁试验方案样本.doc

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泰和至井冈山高速公路新建工程
30米预应力T梁单梁静载试验方案

江西省高等级公路管理局质量监督站
二OO四年二月

设计资料

泰井高速公路上大跨径梁桥的上部构造采用30米、 40米先简支后连续的预应力混凝土T梁, 在体系上分为四孔一联与五孔一联, 桥跨每孔由6片T梁组成。梁间横向横隔板上钢板与翼缘板的湿接缝联结成为整体。

一、 技术标准及设计规范
1、 中华人民共和国交通部部颁《公路工程技术标准》JTJ001-97
2、 中华人民共和国交通部部颁《公路桥涵设计通用规范》JTJ021-89
3、 中华人民共和国交通部部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTJ023-85
二、 主要技术指标
1、 设计荷栽: 汽超20级、 挂120;
2、 桥面宽度: 0.5米( 护栏) +11.0米( 行车道) +0.5米( 护栏) +0.5米( 中央分隔带) +0.5米( 护栏) +11.0米( 行车道) +0.5米( 护栏) ;

30米T梁跨中断面图

三、 材料规格
1、 混凝土: 梁板及铰缝均采用50#碎石混凝土; 桥面铺装分为三层: 上面层为4cm细粒式沥青混凝土, 中面层为4cm中粒式沥青混凝土, 底层采用10cm40#防水碎石混凝土。
2、 钢筋及钢绞线: 普通钢筋采用I级钢筋与II级螺纹钢筋, 符合GB1499-84规定; 预应力钢绞线采用公称直径15.24mm的高强低松弛预应力钢绞线, 抗拉强度1860MPa。
3、 其它: 支座采用IJZ400×450×92mm及IJZF250×350×52mm。

试验说明

一、 试验目的
根据针对理论极限状态的计算结果, 对单梁进行加栽试验, 确定单梁的承载能力是否满足设计要求, 从而确保整桥的承载能力。
二、 理论极限状态的计算
为签定单板的承载能力, 需要根据某一T梁可能承受的最大荷载及具体的试验加载方法确定加载吨位。
首先计算出一片T梁断面的实际几何参数, 断面几何参数见下:
30米T梁跨中断面几何参数计算数据表
基本单位: cm
计算项目
参数
A
6857
I
3.13E+07
Ws
4.37E+05
Wx
2.64E+05
Ys
71.54
YX
1.18E+02

根据先简支后连续的设计, 在计算时必须成桥载荷反算每一片梁后, 找出最不利梁, 并确立试验控制荷载。先对整桥进行分析, 发现其第一跨跨中为最大荷栽位置。使用铰接板法对简支跨中截面各种不同工况组合荷载进行横向分配, 根据分布情况确定最不利位置及最大控制弯矩值。经过比较得出最不利位置出现在挂-120作用下的1号位边梁, 但考虑到边梁非为全桥的典型梁体, 故以边梁的挂-120及桥梁二期恒载作为控制荷载计算得出的最大弯矩对中梁进行演算。计算内容包括:

1、 在控制荷载作用下的跨中最大弯矩;
2、 考虑效率系数后, 荷载试验时单板跨中应达到弯矩值;
3、 考虑加载时分配梁的作用情况下, 千斤顶应施加的力值;
4、 施加控制荷载后, 单板的理论跨中挠度;
5、 施加控制荷载后, 单板的理论跨中截面梁底应力与应变;
结果见下:
30T梁单梁理论计算数据表

计算项目
理论值
单梁理论跨中最大弯矩( KN·M)
2515
单个千斤顶施力荷载P( KN)
344
单梁跨中理论挠度( M)
1.71E-02
单梁跨中梁底应力( MPa)
9.53
单梁跨中梁底应变增量
272
第一级加载( 1/3P) 挠度值( M)
5.70E-03
第二级加载( 1/2P) 挠度值( M)
8.55E-03
第三级加载( 2/3P) 挠度值( M)
1.14E-02
第四级加载( 5/6P) 挠度值( M)
1.43E-02
第五级加载( P) 挠度值( M)
1.71E-02
第一级加载( 1/3P) 应变值( MPa)
91
第二级加载( 1/2P) 应变值( MPa)
136
第三级加载( 2/3P) 应变值( MPa)
181
第四级加载( 5/6P) 应变值( MPa)
227
第五级加载( P) 应变值( MPa)
272
注: 1、 在此, 试验的效率系数取值为100%;
2、 整桥采用ALGOR程序对全桥使用板单元模拟进行空间分析;
3、 跨中最大弯矩为考虑10cm桥面防水砼与梁板翼缘湿接缝恒载施力, 裸梁断面受力与桥面沥青铺装恒载与活载共同施力, 桥面防水砼与梁板翼缘湿接缝和裸梁断面共同参与受力两种工况组合的迭加荷载;
4、 简支梁跨中挠度计算公式: f=ML2/12EI 其中E为混凝土弹性模量;
5、 简支梁跨中梁底应力计算公式: δ下=MyX/I;
6、 简支梁跨中梁底应变计算公式为: ε=δ下/E;

试验方法

一、 测试项目和测点布置
1、 测试预应力混凝土应变: 测试跨中应变能较好地反映设计和施工质量情况, 预应力梁( 板) 以混凝土应变为主。分别在梁跨中侧面、 腹板布置两个应变检测点及四分点布置一个。
2、 测试跨中挠度: 满足正常使用对结构的刚度要求, 体现在跨中挠度应小于设计计算值或规范规定的允许值。梁跨中、 梁端支座位置各布置一个挠度测点, 测点布置见下图:

T梁断面图 T梁侧面图

3、 测试支座变形( 沉陷) : 测定支座沉陷量是消除其对跨中挠度的影响。两端支座处分别布置一个测点检测支座变形( 沉陷) 。
4、 测定残余值: 试验荷载卸载后, 测定梁挠度值、 应变值与卸载后相对应的残余值比值, 利于梁结构试验结果评定。
二、 静载试验测试方法
试验加载分五级( 1/3、 1/2、 2/3、 5/6、 100%) 、 卸载分二级( 1/2、 0) 进行, 试验前先进行了80%加载量的预压。每级加载, 观测应变值读数稳定后, 记录应变, 挠度值, 同步观察梁底是否出现裂缝。
试验使用长度为1米的分配梁对千斤顶施加的力进行等值分配, 使试验梁跨中形成纯弯段, 这样有利于应力( 应变) 和挠度的测量。

单梁试验示意图
根据实验现场条件, 加载方式可采用以下方式之一;
1、 在试验梁跨中顶面放置枕木, 再在枕木上放置千斤顶及荷载传感器, 反顶加载横主梁( 由工字钢、 钢轨或贝雷架等组成) , 并用钢丝绳栓住配载梁端吊钩( 无吊钩可兜梁底) , 两片梁重量不够时可补堆其它重物, 形成扁担式加载装置。本方式可在预制场进行, 亦可在已架好一孔以上的桥梁上进行, 加载装置见下图。

预制梁加载示意图
需准备的辅助材料: 6m长刚性主梁1根( 由三根50或60型钢轨组成, 或由2根25型以上的工字钢组成; 若现场有贝雷架, 则由四片贝雷架组拼而成) ; 支承架二个, 由脚手架钢管拼装组成; 2m长枕木6根, 橡胶支座4块。
2、 对采用龙门吊吊梁的桥, 可用龙门吊吊配载梁加载, 一片梁自重不够可用两片梁。加载示意图如图五。
龙门吊吊配载梁加载示意图

需准备的辅助材料: 2m长的枕木8根, 橡胶支座4块
3、 对采用双导梁架设的桥, 可得用导梁的自重来配载, 加载方式与第一种加载方式基本相同。示意图见下:

双导梁配载加载示意图

需准备的辅助材料: 6m长刚性主梁1根( 由三根50或60型钢轨组成, 或由2根25型以上的工字钢组成) ; 短钢轨两根; 2m长枕木6根, 橡胶支座4块, 支承刚性主梁的垫块若干。
4、 对现场有足够重量且较准确、 容易估计重量的堆载物( 如水泥、 钢筋、 钢铰线、 预制盖板、 边沟板等) 的桥, 可采用堆载法加载, 加载装置示意图如下。

需准备的辅助材料: 2m长枕木8根, 6m长刚性主梁4根( 50或60型的钢轨或25#以上的工字钢) , 2m长次梁30根( 脚手架钢管) , 堆载重物( 如预制砼块、 水泥、 砂、 定型钢筋等, 重量约为最大试验荷载的1.2倍) , 橡胶支座4块。
由于该方法试验时间长, 需准备的辅助材料等, 安全性不高, 建议尽量不采用本方法进行实验。
5、 对现场有贝雷片的桥, 用贝雷片拼成与试验梁同长的桁架, 用钢丝绳将桁架与试验梁端栓牢, 用千斤顶在跨中加载, 形成自锚式加载装置, 加载装置示意图如下。
需准备的辅助材料: 贝雷架若干( 拼装后的长度需大于试验梁的梁长) , 2m长50或60型钢轨2根, 2m长枕木6根, 橡胶支座4块, 支承贝雷架的垫块若干。
该试验方法因施加的荷载为贝雷架与试验梁间的张力( 弓箭式张力) , 试验不安全, 建议尽量少采用。

贝雷桁架组成自锚式加载装置示意图

三、 试验前的准备
为保证试验的顺利进行, 试验前必须作好充分的准备, 检查试验器材与装置, 调试仪器, 并调整梁的支撑高度, 使梁底到地面有适当距离, 便于挠度测量; 要先贴片, 将初始值调零后再上试验装置( 如分配梁等) , 卸载完毕后要先将分配梁取下后读数, 避免其重量对试验结果产生影响。
四、 试验中止的条件
1、 梁底挠度过大, 超过理论计算值;
2、 应力( 应变) 值过大, 超过理论计算值;
3、 裂缝开展情况, 如出现裂缝, 应先停下检查原因, 核实无误后再决定是否继续加载;
4、 加载过程中, 相关参数变化出现异常。
五、 注意事项
1、 加载时应考虑反力架和分配梁等试验装置的重量;
2、 卸载完毕后, 应在完全拆除试验装置后, 等待数据恢复稳定后, 再进行最后读数;
3、 试验过程中, 不应碰动仪表表座, 百分表等仪表的表座应吸在不宜晃动的钢管等结构上。

试验结果分析

根据试验得出的原始数据, 计算出试验梁( 板) 跨中截面梁底砼应力及跨中挠度, 并观测实验过程中梁( 板) 的裂缝产生及发展的状况, 根据试验技术标准及依据, 判断试验梁( 板) 是否满足设计及使用要求( 试验梁跨中截面砼应变校验系数不大于1.05, 挠度校验系数不大于1.05) , 并出具检测报告。