某40m预应力混凝土空心板梁静荷载试验周晓英1蜜水蜂2（1.河南省建筑科学研究院，郑州450053；2. 河南雅宝地产有限公司郑州450000）摘要：静载试验是鉴定结构受力状况和质量的一个重要手段。
本文结合工程实例，通过对梁体直接加载并利用各种试验仪器来检测梁体的应变和挠度，从而确定梁体在外力作用下所发生的变化和梁体的整体工作状态。
本文详细分析了其理论计算、检测内容、布载方案、试验方法及结果分析等，表明该板梁承载力满足正常使用要求，具有实际工程意义。
关键词：板梁静荷载试验检测1 工程概况某工程一批40m预应力混凝土空心板梁共计17片，全部为中板，拟用于人行道。
该批预应力混凝土空心板梁梁长40m，计算跨径38.94m，梁高168cm，梁宽149cm，混凝土强度等级为C50。
设计荷载为人群荷载4.5kN/m2，铺装层为10cm厚混凝土+3cm花岗岩，折合均布荷载11.625kN/m。
按现有配筋（不出现拉应力）可承受均布荷载16.25kN/m。
该批预应力混凝土空心板梁制作于2005年左右，制作完成后放于台模上，由于封锚不完整，存放于露天环境，部分锚具、钢束、钢筋锈蚀，且存放时间比较长，为保证结构安全，特对该批预应力混凝土空心板梁进行检测鉴定。
2 现场检测现场检测时主要对混凝土强度、混凝土碳化深度、构件主筋保护层厚度、钢筋锈蚀情况、裂缝及损伤情况、混凝土内部缺陷及板梁的承载力进行了检测。
根据检测结果：混凝土强度推定值均大于50MPa；钢筋保护层厚度基本满足规范要求；混凝土碳化深度在8~12mm范围之间，目前均小于钢筋保护层厚度；板梁外露钢筋均有不同程度的锈斑，部分板梁外露锚板有轻微锈斑，该批钢筋的平均截面锈蚀率在0.41%~0.67%之间，从凿开的混凝土看，混凝土保护的钢筋及锚具没有发现锈斑；混凝土内部没有发现检测异常点；部分板梁端头有碰伤及微裂缝；本文重点阐述板梁的静荷载试验。
2.1 试验目的结构荷载试验是对结构物工作状态进行直径检测的一种鉴定手段。
结构在荷载作用下，测试结构控制截面的应变及挠度等，从而判断结构的工作状态和受力性能，对构件的质量进行评定，作为新建结构的验收性试验，检验改建的、加固的或修复的结构的工程效果，验证结构设计理论，为投入使用及竣工验收提供依据，积累科学技术资料。
2.2 试验依据（1）《大跨径混凝土桥梁的试验方法》（经1982年10月在柏林举行的专题第五次专家会议通过）；（2）《公路桥梁承载能力检测评定规程》（报批稿）；（3）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）；（4）《公路旧桥承载能力鉴定方法》中华人民共和国交通部1988。
2.3 测试仪器采用振弦式应变计/分布式网络测量系统及微机组成的采集系统测试混凝土结构主要截面的应变（应力），采用精密水准仪和位移传感器测定结构的挠度和支座沉降，在跨中断面用应变计测点进行监测裂缝的开展。
2.4 加载方式根据实验要求和结构受力特点，取跨中正弯矩最大为试验加载工况。
根据工地现场条件，拟采三分点加载方式，两个集中荷载间距为4m，用千斤顶及反力装置进行分级加载，其静力试验荷载分成7～8级加载。
加载方式为单次逐级递加到最大荷载，然后分级卸至零荷载。
静力试验荷载的加载分级主要依据加载配重不同的纵横向位置对控制截面效应的影响，以及加载配重的多少确定。
2.5 静力试验荷载根据荷载试验目的和设计图纸，采用两台千斤顶进行加载，所需加载量，根据设计标准活荷载产生控制截面内力或变位等的最不利效应值，采用公式（1）所确定的原则等效换算而得[1]：05.1)1(90.0≤⋅+=≤s S stateμη （1）式中：η- 静力试验荷载效率； sstat- 试验荷载作用下，某一加载试验项目对应的控制截面内力或变位等的最大计算效应值；s- 设计标准活载不计冲击荷载作用时产生的该加载试验项目对应的控制截面内力或变位等的最不利计算效应值；)1(μ+ - 设计计算取用的冲击系数。
根据图1的加载方式，利用上式进行计算，可得试验梁最大加载量。
2.6 主要测试内容[1]为检验该桥的施工质量是否符合设计要求，根据该桥主要试验目的，静载试验主要测试内容为： （1） 测试在各级试验荷载作用下空心板结构控制截面的变形值，主要是截面的挠度; （2） 测试在各级试验荷载作用下空心板结构控制截面的应变（应力）值；（3）观测试验过程中及试验前后空心板的裂缝开展和原有裂缝的发展变化情况（包括初始裂缝的出现，裂缝的宽度、长度、间距、位置、方向和形状、以及卸载后的闭合情况） 2.7 测点布置 （1）挠度测点分别在板梁L/4、L/2、3L/4跨控制截面布置挠度测点和两端支座下沉位移，在板梁L/4、L/2、3L/4跨控制截面布置挠度测点，板梁底板两侧各1测点，每断面各2测点，每根梁共6测点；在两端支座断面布置位移测点，板梁底板两侧各1测点，每端2测点，每根梁共4测点。
具体控制截面挠度测点及两端支座下沉位移测点布置见图1。
L/4L/23L/4L1--1图1 挠度测点纵向布置图（2）应变测点分别在板梁L/4、L/2、3L/4跨控制截面布置应变测点测量应变，为了验证平截面假定，在板梁L/2跨中控制截面底板两侧各布置1测点，每侧腹板沿梁高布置5测点，每根梁跨中断面共12测点；在板梁L/4跨控制截面底板两侧各1测点，每根梁共4测点。
具体控制截面应变测点布置见图2。
13(15)14(16)091011120605040302010807L/4L/23L/4L1--12--2图2 应变测点布置图及表号（3）裂缝观测试验加载过程中，对跨中断面用应变测点进行监测，并对跨中及其附近断面派专人进行裂缝监测。
如出现裂缝，观测其发展和变化情况。
3 结果分析每次加载后观测仪表的读数，读数稳定后记录各工况测试数据，继续加（卸）下一级荷载直至试验完毕。
载根据文献[2]可知，在挠度测试数据中，当支点沉降量较大时，应修正对其挠度值的影响，修正量C 可按公式（2）计算：b l x a x lc ⨯+⨯-=)( （2）其中：c -测点的支点沉降影响修正值；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。
根据检测结果消除支点沉降的影响，可得出各控制截面结构实测挠度、理论挠度、校验系数、残余变形及相对残余变形结果见表1，实测应变值、理论应变值、校验系数、残余变形及相对残余变形结果见表2，跨中跨中截面应变分布示意图见图3。
表1 控制荷载下挠度计算与分析测试位置 L/4 跨中 3L/4 挠度实测值（mm ） 14.67 21.24 14.49 挠度计算值（mm ）18.92 27.22 18.92 校验系数 0.78 0.78 0.77 残余变形（mm ） 0.34 -0.69 -0.05 相对残余变形1α（％）2.323.250.35注：同一截面挠度取平均值，挠度向下为正，挠度向上为负。
表2 跨中控制荷载下应变计算与分析测试位置 1、7 2、8 3、9 4、10 5、11 6、12 应变实测值（με） -99.6 -56.0 -15.7 23.5 92.4 107.8 应变计算值（με）-134.4 -75.6 -24.5 44.1 95.2 146.3 校验系数0.740.740.640.530.970.74残余应变（με） 10.3 4.0 -1.8 1.3 7.9 11.9 相对残余应变1α（％）10.37.111.55.58.511.0注：拉应变为正，压应变为负-99.6-15.7-56.023.592.4107.8图3 跨中截面应变分布示意图在试验过程中及试验前后，对板梁表面进行检查，未发现混凝土表面因施加试验荷载而出现结构受力裂缝，加载过程中也未出现板梁结构的异常现象。
表1和表2可知：在最大试验荷载作用下，试验板梁控制截面最大挠度和最大应力的校验系数均小于1.0满足相关要求[2]，板梁实测的控制截面相对残余应变均小于20.0% ，满足相对残余应变20.0/1≤=tot p S S α（式中S p 为残余应力值，S tot 为实测的总应力值）的规定，说明在试验荷载作用下板梁处于弹性工作状态[3]。
最大荷载作用下板梁的最大实测挠度小于规范规定的容许挠度，满足相关规范的要求。
从观测结果及图4所示，试验结构测试跨中混凝土正应力（应变）沿腹板高度的分布基本成直线，说明结构处于弹性工作状态，截面变形基本符合平截面假定。
4 结语桥梁在建设和运营期间，需要进行大量常规技术检测工作，单梁荷载试验是一个常规的检测方法。
本文论述了单梁静荷载试验的全过程，并结合工程实例，通过理论分析与现场试验数据的对比，可以得出如下结论：在试验荷载作用下，该40m 预应力混凝土空心板梁承载能力能够满足正常使用要求。
参考文献：[1] 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,1998.（（残余应变））[2] 宋一凡，贺栓海.公路桥梁荷载试验与结构评定[M].北京:人民交通出版社,2002.（（检验系数）） [3] 刘自明，王邦楣.桥梁工程检测手册[M].北京: 人民交通出版社,2001.（（支座沉降修正））。
