预应力混凝土梁短期荷载试验.pdf

第 4 0卷第 5期 2 0 1 4年 1 0月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 3 9 预应力混凝土梁短期荷载试验 王 磊 ， 李德超 ， 蒋智勇 ， 欧 洋 ( 1 四川省建筑科学研究院， 四川 成都6 1 0 0 8 1 ； 2 四川大学建筑与环境学院， 四川 成都6 1 0 0 6 5 ) 摘要： 对某建筑预应力混凝土梁进行了试验研究， 通过试验加载观察荷载作用下试验梁的挠度变化和裂缝发展 情况， 论述了荷载试验方法和试验具体实施过程 ， 试验结果表明， 所试验的预应力混凝土梁工作性能 良好， 结构强 度及刚度均满足设计和规范要求。 关键词 ： 试验研究； 预应力混凝土； 荷载 ； 荷载试验方法 中图分类号： T U 3 9 8 文献标志码 ： B 文章编号： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 4 ) 0 5 0 3 9 0 3 0 前言 随着建设工程的需要 ， 大跨度结构建筑 日益增 多 ， 预应力混凝土梁在大跨度结构 中得到广泛应用 ， 随着预应力技术应用越来越广泛 ， 相关 的工程质量 问题也 日益增加 ， 采用荷载试验直观明了， 结果易为 各方接受， 可以作为判别梁 是否满足要求 的重要参 考依据。荷载试验就是在试验对象上 ， 利用各种试 验技术 ， 在荷载或其他 因素作用下 ， 通过量测各种参 数来 判 明结 构 的工 作 性 能 ， 确 定 其 是 否 满 足 要 求 。本文以某建筑为背景工程 ， 开展预应力混凝 土梁荷载试验研究 ， 对构件 的承载能力是 否达到设 计要求作出判断 。本文的研究过程对解决此类问题 具有一定的参考价值 。 1 荷载试验 某建筑为 4层钢筋混凝 土框架结构 ， 部分框架 梁为预应力梁 ， 该建筑个别预应力混凝土梁在施工 过程中由于施工措施不当 ， 导致梁局部开裂 。因此 ， 业主对预应力混凝 土梁施工质量存在疑虑 ， 为确定 开裂预应力混凝土梁的结构性能 ， 进行 了预应力梁 荷载试验 。 1 1 试 验对 象 根据业主意 图以及对原始资料、 设计 图纸和相 关施工记录的搜集与分析 ， 确定了两根预应力混凝 土梁( 梁 1和梁 2， 分别见 图 1 、 图 2 ) 作为试验对象。 试验前对预应力梁的跨度 、 截面尺寸等进行量i 贝 0 ， 对 梁体表面已有裂缝和缺陷进行观测和记录 ， 并绘制 收稿 日期 ： 2 o 1 3 - o 3 - o 7 作者简 介： 王磊 ( 1 9 8 0一) ， 男 ， 山东菏 泽人 ， 工程师 ， 主要从事结 构 鉴定与结构监测研究 。 Ema i l ： j g k z s c j k y C B 详 图。 1 2 试验方案 本次试验 主要模拟活荷载 ， 试验荷载根 据 混 凝土结构试验方法标 准 的相关规定 进行换算 ， 并 经设计单位认可 ， 加载换算值 为 1 5 k N m ， 现场采 用砂袋进行均布加载 ， 加载区域分别见图 1 、 图 2 ， 加 载所用砂的高度换算成荷载加以控制。 图 1 梁 1堆载示意 氍 一 ： 堆载 篓 一 刊 一 ：=： ：肇 ：_# ： 一 ：= I H 图 2 梁 2堆载示意 1 3 试 验 过程 试验前， 现场对预应力混凝土梁 1 及梁 2梁体 裂缝进行了检查 ， 对试验加载前 已存在 的裂缝进行 量测和标识 ， 初步分析裂缝的原因和性质 ， 并对裂缝 作好标记。试验加载后 ， 对 已存在裂缝 的发展进行 观测和记录 ， 并通过 已标记裂缝的量测 ， 确定裂缝宽 度及长度的变化。裂缝出现后在试件上描绘裂缝 的 0 一 工 引 ： 四川建筑科学研究 第 4 O卷 位置 、 分布 、 形态 ， 采朋 裂缝宽度检验规记 录裂缝宽 度和对应的荷载值和荷载等级 ； 并全程观测 记录裂 缝形态和宽度的变 化； 绘制每级倚载对应的构件裂 缝展开 ， 判断裂缝 的性质及类型 J 。 梁体变形( 挠度 ) 测点布置在支座 、 1 4跨 、 跨中 及 3 4跨 位置 ， 采用万分表采集数据 。根据 G B T 5 0 1 5 2 _2 0 1 2 混凝土结构试验方法标准 的相关规 定 ， 现场试验过程分 5级进行加载 ， 在正常使用状态 满载情况下进行持荷 1 2 h以 卜， 荷载清空后持荷 1 8 h 。在荷载试验过程中， J I J 载或卸载及相应持荷时间 结束后 ， 对梁体裂缝 、 挠度进行观测记录 ， 全部卸载 变形恢复稳定后 ， 链测各测试项 日恢复的情况 。现 场试验见 3 6 。 图 3 试 验前裂缝检查 图 4 仪器布设 图 5现场试验 1 图 6现场试验 2 1 4 试验脚手架的搭设 试验前应该搭 没好观测平 台脚 下架 ， 确保脚手 架不晃动 ， 脚手架搭 设高度应能使检测 人员方便检 测到梁的裂缝及百分表读 数， 定 分表的脚手架 的搭设高度应能方便 吲定百分表 ， 脚于架均不应抵 拢梁底或板底以免妨碍试验构件的止- - a l l 变形 。 试验榆测梁裂缝 的脚手架和 定 分表的脚手 架独立分开 ， 产生相互干扰 。 2 试验结果分析 2 1 梁体裂缝分析 正截面抗裂检验按下式计算 ： l Q J= Q ( 1 ) 式中 Q 。 为以均布荷载形式表达的构件开裂荷 载允许值 ； y 为构 件 的抗裂 检验 系 数 允许 值 = 0 9 5 ( o r + ) o - ， o r 为检验时抗裂验算 边缘 的混凝土预压应力计算值 ， 为混凝土构件截 面抵抗矩塑性影响 系数 ， 为检验时的混凝土抗拉 强度标准值 ， r ， 为使用状态试验荷载作， 千 j 下抗裂验 算边缘混凝土的法 向应力 ； Q 为以均 衙载形式表 达的构件使用状态试验荷载值。 按式 ( 1 ) 计 算 的梁 1开裂荷载 允 许值为 1 9 6 3 k N， 在荷载试验 前， 预应 力混凝土 梁 1梁侧及梁底 出现较多裂缝 ， 梁侧中部最大裂缝宽度为 0 2 5 m m； 在抗裂倚载 ( 第 3级加载 ) 加载完成井达到稳定后 ， 未发现有新增裂缝f 现 ； 待加载至第 4级时 ， 开始 出 现新增裂缝 ， 裂缝 阿先 出现在梁 1靠近跨 中截面 的 梁底部位 ， 随着荷载的增加 ， 断有新 的裂缝出现 ， 在各级荷载作用下 ， 梁体原有裂缝 宽度均有不 同程 度的开展 ； 梁底位 裂缝数量开始增加 ， 宽度有所增 大， 且原有裂缝也沿梁侧高度方向 I ： 发爬， 裂缝 出 现位置由靠近跨 中截面位置向 边发展 ， 在满载情 况下 ， 梁 1原有梁体 梁侧 中部最大裂缝宽度开展为 0 3 5 ml Y l ， 新增梁底裂缝最大宽度为 0 1 0 IT I I 1 ； 在荷 2 0 1 4 N o 5 王磊 ， 等： 预应力混凝土梁短期荷载试验 4l 载全部清空持荷 1 8 h后 ， 梁体裂缝恢 复情 况 良好 ， 新增裂缝均有较大程度闭合 。 按式 ( 1 ) 计算 的梁 2开 裂荷 载 允许 值 为 8 4 6 k N， 在荷载试验前 ， 预应力混凝土梁 2梁底沿纵筋 方向最大裂缝宽度为 0 2 5 m m( 部分裂缝位 于梁箍 筋部位 ， 箍筋 的保护层偏薄 ) ； 在抗 裂荷载 ( 第 3级 加载) 加载完成并 达到稳定后 ， 未 发现有新增裂缝 出现 ； 待加载至第 4级 时， 开始出现新增裂缝 ， 裂缝 首先出现在梁 2靠近跨 中截面的梁底部位 ， 随着荷 载的增加 ， 不断有新 的裂缝 出现 ， 在各级 荷载作用 下 ， 梁体原有裂缝宽度均有不 同程度的开展 ； 在满载 情况下 ， 梁 2原有梁体梁底沿纵筋方 向最大裂缝宽 度开展为 0 3 0 mm， 新增梁底裂缝最大宽度为 0 1 5 mm； 在荷载全部清空持荷 1 8 h后 ， 梁体裂缝恢复情 况 良好 ， 新增裂缝均有较大程度闭合 。 预应力7 昆 凝土梁 1及梁 2设计为允许 出现裂缝 的构件 ， 参照 i ( 0 2 mm) ， 可知梁 1及梁 2 的裂缝控制满足设计要求。 2 2梁体挠度分析 根据 G B 5 0 2 0 4 -2 0 0 2 凝土结构工程施工质 量验收规范( 2 0 1 1 年版) E 3 中第 9 3 3条 ： r k r ， 、 l ns J 。 f J 式中 0 为挠度检验允许值； n f J 为构件挠度实 际的限值。 通过计算得到梁 1 ： 0 =3 1 1 mm； 梁 2 ： = l O 8 mm。各级荷载作用下梁体挠度检测结果详见 表 1 。 表 1 各 级荷载作用下梁体挠度检测结果 检测结果表明， 在正常使用状态荷载作用下 ， 梁 1 、 梁 2跨中最大挠度值分别为3 7 5 mm、 3 0 mm； 均 小于理论计算值 ， 刚度满足试验荷载要 求。卸载后 梁 1 、 梁 2跨 中残余变形分别为 0 2 9 m m、 0 1 1 m l T l ， 梁体残余变形很小 ， 恢复情况 良好。 3 结 语 综合预应力混凝土梁的裂缝 、 挠度试验观测结 果及理论计算 ， 可以判断试验预应力混凝土梁在试 验荷载作用下 ， 梁体残余变形很小 ， 基本处于弹性工 作状态 ， 裂缝控制及刚度能满足设计要求。但 由于 试验梁体表面存在较多裂缝， 为确保结构的耐久性， 建议对梁体表面裂缝进行封闭处理。 参 考 文 献 ： 1 俞开寿 预应力混凝土梁的荷载试验研究 J 福 建建材 ， 2 0 1 0 ( 2 ) ： 2 8 2 9 2 G B T 5 0 1 5 2 -2 0 1 2混凝土结构试验方法标准 S 3 G B 5 0 2 0 4 -2 0 0 2混凝 土结构工程施工 质量验 收规范 S 1