多垮预应力连续T梁静载试验.docx
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多垮预应力连续T梁静载试验
预应力连续T梁静载试验
1静力试验荷载的确定
本次试验的主要目的是检验结构承载能力是否符合设计要求，故采用基本荷载加载。
按照《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011）规定，计算各控制截面在设计荷载作用下最不利效应值的等效荷载。
等效荷载计算公式如下：
式中：
η：
静力试验荷载效率系数；
Sstat：
试验荷载作用下，某一加载项目对应的控制截面内力或变位等的最大计算效应值；
S：
设计标准活荷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）：
设计计算取用的动力系数。
其中μ为按规范采用的冲击系数。
综合考虑静力试验荷载效率、控制断面的设计弯矩值及加载车辆的来源等因素，本次等效荷载采用4辆三轴重载汽车充当，试验车辆的轴距以及满载重量见表1。
表1加载车辆规格表
车号
前中轴距（cm）
中后轴距（cm）
后轮距（cm）
前轴重
（kN）
中轴重
（kN）
后轴重（kN）
总重
（kN）
1
400
140
190
92.8
185.6
185.6
464.0
2
400
140
190
93.0
186.0
186.0
465.0
3
400
140
190
91.8
183.6
183.6
459.0
4
400
140
190
92.4
184.8
184.8
462.0
2测试位置及项目
按照《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011）的有关规定，结合该桥现场实际情况，本次静载试验测试位置选取左幅边孔（即第1孔）正弯矩最不利位置、支点（1#墩顶）负弯矩最不利位置及次边孔（即第2孔）正弯矩最不利位置。
测试项目包括：
（1）边孔正弯矩最不利位置横桥向偏心和对称荷载工况下各控制断面上、下缘应力，各控制点挠度；
（2）1#墩顶负弯矩最不利位置横桥向偏心工况下各控制断面上下缘应力；
（3）次边孔正弯矩最不利位置横桥向偏心和对称荷载工况下各控制断面上、下缘应力，各控制点挠度；
主要测试截面位置如图1所示，各控制截面测试项目如表2所示。
图1测试截面位置示意图
注：
“Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ”符号表示主要测试截面。
表2各控制截面测试项目表
截面编号
位置
测试项目
Ⅰ
边孔（第1孔）跨中正弯矩最不利位置
截面应变与挠度
Ⅱ
1#墩顶负弯矩最不利位置
截面应变
Ⅲ
次边孔（第2孔）跨中正弯矩最不利位置
截面应变与挠度
3测量仪器与方法
本桥静力荷载试验各测试项目所用仪器和方法如下：
（1）应力测试仪器
应力测试采用先测出应力测点处的应变，然后根据材料的物理特性由应变计算出应力的方法。
此种方法应变测量的传感器是电阻应变片，配DH3815静态应变测量系统。
该系统由数据采集箱、微型计算机及支持软件组成。
数据采集箱与微型计算机通过RS-232C串行通信进行数据传输。
支持软件能自动完成预调平衡，自动采样、定时采样以及对初始值、长导线、灵敏系数修正等功能。
每台计算机可控制16台数据采集箱，每台数据采集箱可测60点，采样速率为12点／秒。
（2）挠度测试仪器
根据本桥现场实际情况，结合目前挠度测量方法，本次静载试验采用悬挂钢丝法（配机械百分表）进行挠度测量。
（3）混凝土结构裂缝，采用人工目力检查，并辅以裂缝观测仪测量其宽度，钢卷尺测量裂缝的长度。
4加载位置与加载工况的确定
试验加载位置与加载工况的确定主要依据以下原则进行：
（1）尽可能用最少的加载车辆达到最大的试验荷载效率；
（2）在满足试验荷载效率以及能够达到试验目的前提下，加载工况进行简化、合并；
（3）每一加载工况依据某一加载试验项目为主，兼顾其他加载试验项目。
本次静载试验主要有下列几种加载工况
（1）工况一为边孔正弯矩最不利加载位置横桥向外侧偏心工况，工况二为边孔正弯矩最不利加载位置对称布载，见图5-2～图5-4；
（2）工况三为次边孔正弯矩最不利加载位置外侧偏心布载，工况四为次边孔正弯矩最不利加载位置横桥向对称布载，见图5-2～图5-4；
（3）工况五为支点负弯矩最不利加载位置横桥向外侧偏心布载，见图5-2～图5-3；
上述加载位置的纵向排列，见图2所示，试验车辆横桥向外侧偏心和横桥向对称布载时的位置，见图3、图4所示。
图2试验车辆纵向布置示意图
注：
工况一、二为边孔正弯矩最不利位置横桥向外侧偏心、横桥向对称加载工况；
工况三、四为次边孔正弯矩最不利位置横桥向外侧偏心、横桥向对称加载工况；
工况五为1#墩顶负弯矩最不利位置横桥向外侧偏心加载工况。
图3试验车辆横桥向外侧偏心布置示意图（单位：
m）
注：
1、a）为横桥向一辆车外侧偏心布载；b）为横桥向二辆车外侧偏心布载；c）为横桥向三辆车外侧偏心布载。
2、工况一、三按a、b、c分级加载；工况五按a、b分级加载。
图4试验车辆横桥向对称布置示意图（单位：
m）
注：
1、a）为一辆车横桥向对称布载；b）为二辆车横桥向对称布载；c）为三辆车横桥向对称布载。
2、工况二、四按a、b、c分级加载。
5测点布置
在进行测点布置时，全面考虑T梁及其他各主要构件中控制截面，或控制点在试验荷载作用下的受力状态，以保证获取结构的强度与刚度的实测数据。
T梁的主要测点布设为：
跨中及各四分点挠度；支点沉降（墩顶位移）；控制截面应变。
附加测点的设置：
应变沿控制截面桥宽方向分布；应变沿截面高度分布；裂缝的监测等。
5.1T梁控制截面内应力测试
当T梁在其最不利荷载作用下时，通过对控制截面内的应力测定，可以考核其强度是否满足使用要求。
本次控制截面应力测试采用表面粘贴式应变计方式获得。
T梁应力测试关键截面共布置3个，分别为边孔跨中截面、支点截面和次边孔跨中截面，见图5-5所示，控制截面应力测点布置如图6、7所示。
图5控制应力测试截面示意图
注：
图中，截面I-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ表示T梁控制应力测试截面。
图6Ⅰ-Ⅰ、Ⅲ-Ⅲ测试截面T梁应力传感器布置示意图
说明：
a）6#、7#、8#、9#、10#、11#为Ⅰ-Ⅰ、Ⅲ-Ⅲ截面T梁底面应力测点控制截面；
b）1#、2#、3#、4#、5#为Ⅰ-Ⅰ、Ⅲ-Ⅲ截面T梁侧面应力测点；
c）图中应力测点方向均沿梁轴向方向，以测量控制截面在弯矩作用下应力变化情况。
图7Ⅱ-Ⅱ测试截面T梁应力传感器布置示意图
说明：
a）1#、2#、3#、4#、5#、6#为Ⅱ—Ⅱ截面T梁侧面应力测点；
b）图中应力测点方向均沿梁轴向方向，以测量控制截面在弯矩作用下应力变化情况。
5.2主梁挠度测量
考虑到本桥的受力特点及本桥测试工况，本次静载试验挠度测点纵向布置在支点、L/4、L/2、3L/4跨径位置，挠度测点布置详见图8所示。
图8挠度测点布置示意图
6试验荷载效率系数
试验荷载效率是桥梁静载试验的一项主要参数，效率系数选用是否满足规范要求，直接关系到静载试验的成败与效果，为此对该桥的理论计算采用了Midascivil2010软件进行分析后，获得本桥各测试断面实际静力试验荷载效率系数，详见表3。
表3试验荷载效率
荷载效应
项目
公路Ⅰ级效应
弯矩（kN·m）
试验荷载效应
弯矩（kN·m）
试验效率系数
边孔正弯矩
6657.33
6991.26
1.05
次边孔正弯矩
5655.81
5963.84
1.05
支点负弯矩
-5248.48
-5043.40
0.96
7试验加载程序
静力荷载加载各工况的试验程序见表4静载试验工况表。
表4静载试验工况表
工况号
荷载位置
测试内容
01
零荷载
相关测试项目的初始值
1-1
1辆加载车边孔正弯矩外侧偏心布载
测试各测点的应变及挠度值
1-2
2辆加载车边孔正弯矩外侧偏心布载
测试各测点的应变及挠度值
1-3
3辆加载车边孔正弯矩外侧偏心布载
测试各测点的应变及挠度值
02
零荷载
相关测试项目的卸载值
2-1
1辆加载车边孔正弯矩横桥向对称布载
测试各测点的应变及挠度值
2-2
2辆加载车边孔正弯矩横桥向对称布载
测试各测点的应变及挠度值
2-3
3辆加载车边孔正弯矩横桥向对称布载
测试各测点的应变及挠度值
03
零荷载
相关测试项目的卸载值
3-1
1辆加载车次边孔正弯矩外侧偏心布载
测试各测点的应变及挠度值
3-2
2辆加载车次边孔正弯矩外侧偏心布载
测试各测点的应变及挠度值
3-3
3辆加载车次边孔正弯矩外侧偏心布载
测试各测点的应变及挠度值
04
零荷载
相关测试项目的卸载值
4-1
1辆加载车次边孔正弯矩横桥向对称布载
测试各测点的应变及挠度值
4-2
2辆加载车次边孔正弯矩横桥向对称布载
测试各测点的应变及挠度值
4-3
3辆加载车次边孔正弯矩横桥向对称布载
测试各测点的应变及挠度值
05
零荷载
相关测试项目的卸载值
5-1
2辆加载车1#墩负弯矩外侧偏心布载
测试各测点的应变及挠度值
5-2
4辆加载车1#墩负弯矩外侧偏心布载
测试各测点的应变及挠度值
06
零荷载
相关测试项目的卸载值
（1）为了使结构进入正常的工作状态，在进行正式加载试验前，用一辆试验车在试验孔跨中部位进行2～3次横桥向对称的反复预加载。
（2）预加载卸至零荷载，并在结构得到充分的零荷载恢复后，进入正式加载试验。
正式加载试验按加载工况序号进行，完成一个序号的加载工况，在结构得到充分的零荷载恢复后，再进入下一个序号的加载工况。
8测试结果与分析
下面对本次静载试验结果按应力测试、挠度测试、残余变形及抗裂性分析的顺序进行分析。
8.1应力测试结果与分析
在进行各工况的应力数据对比分析时，选取了对应加载工况的测试值与对应位置的理论值对比分析。
由表5-5～表5-7各工况应力对比数据（应力正向规定：
拉为正，压为负），可知：
（1）由表5-5知：
边孔Ⅰ-Ⅰ应力控制截面在边孔正弯矩横桥向偏心和对称荷载作用下，控制断面梁底最大拉应力为3.25MPa，小于理论值4.82MPa；应力各测点校验系数最大为0.87，小于1.0。
（2）由表5-6知：
次边孔Ⅲ-Ⅲ应力控制截面在次边孔正弯矩横桥向偏心和对称荷载作用下，控制断面梁底最大拉应力为2.64MPa，小于理论值4.12MPa；各测点校验系数最大为0.88，小于1.0。
（3）由表5-7知：
Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ应力控制截面在各工况横桥向偏心荷载作用下，实测应力沿梁高基本呈线性分布，说明T梁在试验荷载下应力截面处于弹性工作状态。
综上所述，该桥试验孔各测点实测应力与理论应力相比，校验系数均小于1.0，说明该桥结构强度满足设计要求。
表5Ⅰ－Ⅰ控制截面梁底应力数据
边孔正弯矩横桥向偏心荷载最不利工况
测点梁号
1#梁
2#梁
3#梁
4#梁
5#梁
6#梁
实测值（MPa）
3.13
3.25
3.09
2.50
1.81
0.86
理论值（MPa）
4.42
4.82
4.91
4.35
2.87
0.99
校验系数
0.71
0.67
0.63
0.58
0.63
0.87
边孔正弯矩横桥向对称荷载最不利工况
测点梁号
1#梁
2#梁
3#梁
4#梁
5#梁
6#梁
实测值（MPa）
1.91
3.00
2.88
2.74
2.07
1.23
理论值（MPa）
2.38
3.95
4.86
4.86
3.95
2.38
校验系数
0.81
0.76
0.59
0.56
0.52
0.52
Ⅰ—Ⅰ测试截面T梁应力传感器布置示意图
说明：
a）6#～11#测点为Ⅰ-Ⅰ截面1#～6#T梁底面应力测点控制截面；
b）1#、2#、3#、4#、5#为Ⅰ-Ⅰ截面6#T梁侧面应力测点；
c）图中应力测点方向均沿梁轴向方向，以测量控制截面在弯矩作用下应力变化情况。
注：
（1）表中应力值均为在试验荷载作用下T梁表面应力增量；
（2）应力拉为正、压为负；
（3）表中“/”表示该测点数据异常或应变片损坏。
表6Ⅲ－Ⅲ控制截面梁底应力数据
次边孔正弯矩横桥向偏心荷载最不利工况
测点梁号
1#梁
2#梁
3#梁
4#梁
5#梁
6#梁
实测值（MPa）
2.25
2.64
2.49
2.12
1.92
0.64
理论值（MPa）
3.71
4.12
4.26
3.81
2.46
0.73
校验系数
0.61
0.64
0.58
0.56
0.78
0.88
次边孔正弯矩横桥向对称荷载最不利工况
测点梁号
1#梁
2#梁
3#梁
4#梁
5#梁
6#梁
实测值（MPa）
0.99
1.70
1.83
1.86
1.54
1.46
理论值（MPa）
1.90
3.40
4.24
4.24
3.40
1.90
校验系数
0.52
0.50
0.43
0.44
0.45
0.77
Ⅲ—Ⅲ测试截面T梁应力传感器布置示意图
说明：
a）6#～11#测点为Ⅲ—Ⅲ截面1#～6#T梁底面应力测点控制截面；
b）1#、2#、3#、4#、5#为Ⅲ—Ⅲ截面6#T梁侧面应力测点；
c）图中应力测点方向均沿梁轴向方向，以测量控制截面在弯矩作用下应力变化情况。
注：
（1）表中应力值均为在试验荷载作用下T梁表面应力增量；
（2）应力拉为正、压为负；
（3）表中“/”表示该测点数据异常或应变片损坏。
表7各偏心加载工况梁高方向应力数据
工况及
测点
梁高位置
（cm）
实测值
（MPa）
理论值
（MPa）
应力分布图
边孔偏心加载工况边孔边梁侧面测点
182
-1.04
-2.00
170
-0.90
-1.57
125
0.31
0.01
85
1.01
1.42
40
2.17
3.01
0
3.13
4.42
次边孔偏心加载工况次边孔边梁侧面测点
182
-1.17
-1.68
170
-0.75
-1.32
125
0.22
0.01
85
0.70
1.19
40
2.02
2.52
0
2.25
3.71
支点负弯矩偏心加载工况支点边梁侧面测点
182
1.39
2.07
170
1.12
1.69
125
0.11
0.25
85
-0.73
-1.03
40
-1.50
-2.47
5
-1.48
-3.59
8.2挠度测试结果与分析
该桥试验孔不同加载工况的挠度具体测试数据及理论值见表5-8～表5-12所示（挠度数据向上为正，向下为负）：
（1）由表5-8、表5-11知：
在边孔正弯矩横桥向偏心和对称最不利荷载作用下，边孔跨中最大挠度值为-3.90mm，小于理论值-8.16mm；
（2）由表5-9、表5-12：
在次边孔正弯矩横桥向偏心和对称最不利荷载作用下，次边孔跨中最大挠度值为-3.14mm，小于理论值-5.81mm；
（3）由表5-8～表5-12知：
各测点挠度校验系数最大为0.90，小于规范允许值1.0；
（4）各工况控制断面的实测挠度与理论挠度对比曲线吻合较合，说明桥梁整体性好。
综上所述，该桥试验孔桥梁整体性好，结构刚度满足设计荷载要求。
表8边孔正弯矩最不利位置加载工况边梁挠度数据表
测点
挠度数值
偏心加载工况
边孔
次边孔
支点
L/4
L/2
3L/4
支点
L/4
L/2
3L/4
支点
实测值（mm）
0.00
-2.25
-3.84
-2.32
0.00
0.80
0.92
0.40
0.00
理论值（mm）
0.00
-5.19
-7.33
-4.29
0.00
2.18
2.28
1.22
0.00
校验系数
/
0.43
0.52
0.54
/
0.37
0.41
0.33
/
测点
挠度数值
对称加载工况
边孔
次边孔
支点
L/4
L/2
3L/4
支点
L/4
L/2
3L/4
支点
实测值（mm）
0.00
-1.67
-3.21
-1.97
0.00
0.73
0.85
0.54
0.00
理论值（mm）
0.00
-2.79
-3.94
-2.31
0.00
1.12
1.17
0.63
0.00
校验系数
/
0.60
0.81
0.85
/
0.65
0.73
0.86
/
边孔正弯矩最不利位置曲线偏心加载工况边梁挠度曲线
边孔正弯矩最不利位置曲线对称加载工况边梁挠度曲线
表9次边孔正弯矩最不利位置加载工况边梁挠度数据表
测点
挠度数值
偏心加载工况
边孔
次边孔
支点
L/4
L/2
3L/4
支点
L/4
L/2
3L/4
支点
实测值（mm）
0.00
1.06
1.27
1.19
0.00
-2.05
-3.14
-2.33
0.00
理论值（mm）
0.00
1.52
2.56
2.26
0.00
-3.86
-5.81
-3.49
0.00
校验系数
/
0.70
0.50
0.52
/
0.53
0.54
0.67
/
测点
挠度数值
对称加载工况
边孔
次边孔
支点
L/4
L/2
3L/4
支点
L/4
L/2
3L/4
支点
实测值（mm）
0.00
0.73
1.06
0.99
0.00
-1.66
-2.50
-1.15
0.00
理论值（mm）
0.00
0.82
1.37
1.22
0.00
-1.98
-2.98
-1.79
0.00
校验系数
/
0.89
0.77
0.81
/
0.84
0.84
0.64
/
次边孔正弯矩最不利位置曲线偏心加载工况边梁挠度曲线
次边孔正弯矩最不利位置曲线对称加载工况边梁挠度曲线
表10支点负弯矩最不利位置加载工况边梁挠度数据表
测点
挠度数值
偏心加载工况
边孔
次边孔
支点
L/4
L/2
3L/4
支点
L/4
L/2
3L/4
支点
实测值（mm）
0.00
-1.12
-2.34
-1.15
0.00
-1.15
-1.83
-1.21
0.00
理论值（mm）
0.00
-3.30
-4.74
-2.35
0.00
-1.56
-2.99
-1.84
0.00
校验系数
/
0.34
0.49
0.49
/
0.74
0.61
0.66
/
支点负弯矩最不利位置曲线偏心加载工况边梁挠度曲线
表11边孔跨中加载工况边孔挠度数据横向对比分析表
测点
挠度数值
边孔跨中偏心工况边孔跨中测点挠度
1#梁
2#梁
3#梁
4#梁
5#梁
6#梁
实测值（mm）
-3.84
-3.66
-3.90
-3.03
-2.48
-1.21
理论值（mm）
-7.33
-8.00
-8.16
-7.22
-4.76
-1.64
校验系数
0.52
0.46
0.48
0.42
0.52
0.73
测点
挠度数值
边孔跨中对称工况边孔跨中测点挠度
1#梁
2#梁
3#梁
4#梁
5#梁
6#梁
实测值（mm）
-3.21
-3.24
-3.24
-3.12
-2.90
-1.89
理论值（mm）
-3.94
-6.55
-8.06
-8.06
-6.55
-3.94
校验系数
0.81
0.49
0.40
0.39
0.44
0.48
边孔跨中偏心工况边孔跨中测点挠度横向曲线
边孔跨中对称工况边孔跨中测点挠度横向曲线
表12次边孔跨中加载工况次边孔挠度数据横向对比分析表
测点
挠度数值
次边孔跨中偏心工况次边孔跨中测点挠度
1#梁
2#梁
3#梁
4#梁
5#梁
6#梁
实测值（mm）
-3.14
-2.91
-2.58
-2.31
-1.92
-1.02
理论值（mm）
-5.81
-6.46
-6.68
-5.96
-3.85
-1.14
校验系数
0.54
0.45
0.39
0.39
0.50
0.90
测点
挠度数值
次边孔跨中对称工况次边孔跨中测点挠度
1#梁
2#梁
3#梁
4#梁
5#梁
6#梁
实测值（mm）
-2.50
-2.57
-2.53
-2.50
-2.36
-2.07
理论值（mm）
-2.98
-5.33
-6.64
-6.64
-5.33
-2.98
校验系数
0.84
0.48
0.38
0.38
0.44
0.69
次边孔跨中偏心工况次边孔跨中测点挠度横向曲线
次边孔跨中对称工况次边孔跨中测点挠度横向曲线
8.3残余变形结果与分析
本桥静载试验各挠度测点残余变形数据如表14所示。
表14各挠度测点残余变形
测点编号
残余变形（mm）
最大变位（mm）
相对残余变形
测点编号
残余变形（mm）
最大变位（mm）
相对残余变形
1-1#
0.08
3.84
2%
2-1#
0.17
3.14
5%
1-2#
0.04
3.66
1%
2-2#
0.17
2.91
6%
1-3#
0.35
3.90
9%
2-3#
0.13
2.58
5%
1-4#
0.07
3.12
2%
2-4#
0.04
2.50
2%
1-5#
0.09
2.90
3%
2-5#
0.08
2.36
3%
1-6#
0.08
1.89
4%
2-6#
0.07
2.07
3%
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