（工程力学专业论文）后张法预应力空心板梁施工技术和试验研究.pdf

摘要 于茼要 预应力混凝土空心板梁桥由于受力明确，构造简单，易于标准化预制生产及 施工，是国内较大和中跨径桥梁中应用最为广泛的桥型之一。当前，随着我国经 济的飞速发展，交通运输出现了重载、高速、大流量现代运输结构的发展趋向， 这也给预应力混凝土板梁桥的设计和施工提出了更新更高的要求。但由于其构件 形式的多样，加之施工控制的不规范，这些板梁在预制阶段或使用中出现了各种 问题。因此，改善空心板梁的施工技术和正确评估成品梁的实际承载能力，可以 减少损失，降低工程造价，对节约工程投资具有重大的理论和现实意义。 本文在综合预应力空心板梁结构的特点，分析常用几种内模的优缺点，研究 设计了能完全保证内空腔尺寸的钢制芯模板，并提出了制作和安装的施工方法， 以解决工程施工经常出现顶板偏薄的问题。对指导该类型空心板梁设计与施工， 并从技术的层面上为确保该类型空心板梁设计、施工质量奠定了基础。 预应力筋张拉控制技术是整个预应力混凝土结构中最关键的技术。预应力筋 有效预应力大小的建立，直接影响预应力效果和构件质量。本文详细分析了后张 法施加预应力的工艺流程，并对施工中的不足和错误观点进行剖析，给出了预加 应力计算方法的建议，并通过与实测值的偏差校核，从而较为客观的反映出实际 施工质量。 文中通过对预应力混凝土宽幅空心板梁进行承载能力试验和理论计算。分析 了这类板梁的受力及变形特征，采集空心板梁在分级加载至设计荷载全过程的应 力、挠度、裂缝宽度等数据。不仅为既有同类预应力混凝土板梁的承载能力评定 方法研究提供依据，也对当前这类板梁设计中存在困惑的地方进行验证，并检验 评估了成品梁实际承载能力和结构构造设计的合理性。 图3 7 ；表3 8 ；参9 1 关键词：预应力混凝土；空心板梁；施工技术；芯模板：后张法；静载试验 分类号：t u 5 2 8 5 7 2 摘要 a b s t r a c t p r e s t r e s s e dc o n c r e t eh o l l o wb e a mb r i d g ei st h eb i g g e ra n do n eo ft h ew i d e s tu s e d m e d i u ms p a nb r i d g e si nc h i n a , a sf o ri tc l e a rs t r e s s ，s i m p l es t r u c t i o na n de a s yt o p r e c a s tp r o d u c t i o ns t a n d a r d l yo rc o n s t r u c t i o n f o rn o w , w i t ht h ee c o n o m yd e v e l o p e d s w i f t l y , s t r a n s p o r t a t i o nb e c o m e sh e a v y - d u t y , h i g hr a t e ，l a r g ec a p a c i t ym o d e m t r a n s p o r t a t i o ns t r u c t u r ew h i c hg i v e ss om a n yh i g h e ra n dn e w e rr e q u i r e st ot h ed e s i g n a n dc o n s t r u c t i o no fp r e s t r e s s e dc o n c r e t eh o l l o wb e a mb r i d g e b u tf o rt h e s ek i n d so f c o n p o n e n t sa n dt h ec o n s t r u c t i o nc o n t r o li s n o ts p e s i f i c a t i o n ，t h e yh a v es om a n y p r o b l e m si np r e c a s t i n ga n du s i n g t h e r e f o r e ，i m p r o v i n gt h ec o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yo f h o l l o wb e a m sa n de v a l u a t i n gt h er e a ll o a d i n gc a p a c i t yo ff i n i s h e db e a m sr i g h t l yc a n d e c r e a s el o s s ，s a v et h ep r o je c tc o s ta n da l s oh a si m p o r t a n tt h e o r e t i c a la n dr e a lm e a n i n g t os a v et h ep r o je c ti n v e s t m e n t t h i sa r t i c l ei n t e g r a t e st h ec h a r a c t e r i s t i c so f p r e c a s t i n gh o l l o wb e a m s ，a n a l y s e st h e a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fs o m eo f t e nu e s di n t e r n a lm o l d ，d e s i g n ss t e e lc o r e m o l dt h a tc a na s s u r a n tt h es i z eo ft h ei n t e r n a lc a v i t ya n dp r o p o s e st h em a k i n ga n d f i x i n gm e t h o d sw h i c hc a ns o l v et h ep r o b l e m st h a tt h er o o f sa r es ot h i no f t e ni n c o n s t r u c t i o n t h a tt h ea r t i c l ei n s t r u c t st h ed e s i g na n dc o n s t r u c t i o no ft h i sk i i l do f h o l l o wb e a m s ，a n de s t a b l i s ht h ef o u n d a t i o n o ft h ed e s i g na n dt h e q u a l i t yo f c o n s t r u c t i o nf r o mt h et e c h n i c a la s p e c t t h ec o n t r o lt e c h n i co fp r e s t r e s s i n gt e n s i o ni st h ek e yi nt h ew h o l ep r e s t r e s s e d c o n c r e t es t r u c t u r e t h eb u i l d i n go fp r e s t r e s s i n gt e n s i o ni s d e r e c t l yi n f l u n c i n gt h e p r e s t r e s s i n ge f f e c ta n dt h ec o m p o n e n t sq u a l i t y t h i sa r t i c l ea n a l y s e st h et e c h n o l o g i c a l p r o c e s so fp o s t t e n s i o na p p l y i n gp r e s t r e s sm e t h o da n da n a l y s e st h es h o r t a g e sa n d m i s t a k e si nt h ec o n s t r u c t i o n a l s oi tg i v e ss o m es u g g e s t so np r e s t r e s s e dc a l c u l a t i o n m e t h o d sa n dc h e c k st h em e a s u r e dv a l u e ，t h u sr e f l e c t st h er e a lq u a l i t yo fc o n s t r u c t i o n o b j e c t i v e l y t h i sa r t i c l et e s t sa n dc a l c u l a t e st h el o a d c a r r y i n ga b i l i t yo f p r e s t r e s s e dc o n c r e t e w i d e - s p a nh o l l o wb e a m s ，a n a l s e st h es t r e s sa n dd e t e m p l a t e a t i o nf e a t u r e so ft h e s e b e a m s ，c o l l e c t st h ed a t a so fp r e s t r e s s i n g ，d e f l e c t i o na n dc r a c kw i d t hh o l l o wb e a m s f r o ms t e pl o a d i n gt od e s i g nl o a d i n g i tn o to n l yp r o v i d e se v i d e n c ef o rt h el o a dc a p a c i t y o fh o m o g e n e o u sp r e s t r e s s e dc o n c r e t eb e a m s ，a l s oc e r t i f i c a t e ss o m eq u i z z i c a ll o c a li n i i 安徽理工大学硕士论文 t h eb e a m sd e s i g n i n g a n de v a l u a t e st h ed e s i g n i n gr a t i o n a l i t yo ff i n i s h e dp r o d u c tb e a m s a n dr e a ll o a d i n gc a p a c i t ya n ds t r u c t u r e f i g u r e3 7 ；t a b l e3 7 ；r e f e r e n c e8 2 k e y w o r d s ：p r e s t r e s s e dc o n c r e t e ；h o l l o wb e a m s ；c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y ；i n t e r n a l t e m p l a t e ，p o s t t e n s i o n i n gm e t h o d ；s t a t i cl o a dt e s t c h i n e s eb o o k sc a t a l o g ：t u 5 2 8 5 7 i v 安徽理工大学硕士论文 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 塞徽望王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示谢意。 学位论文作者签名：盥日期卫生年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞邀堡王太堂有保留、使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于 塞邀理王太堂。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位 论文在解密后适用本授权书) 学位论文作 导师签名： 槲：雌 啪 签字日期：7 硼夕年朔日 样嘲：广7 日 | 第1 章绪论 1 绪论 1 1 引言 改革开放3 0 年来，我国经济发展长期保持强劲增长的势头，随之而来的国家 的交通基础设施建设也进行得如火如荼。“十五 计划的主要目标进行调整后， 全国公路总里程达至i 1 9 5 万公里，新增里程提高至1 j 2 8 万公里，年均增长5 6 万公里。 其中高速公路提高到3 5 万公里。“十一五”交通建设目标为：全部建成“五纵七横” 国道主干线系统；在东部地区省会与地市级城市间基本建立以高速公路为主的快 速公路网；在中部及西部大部分地区的省会与地市级城市以二级以上高等级公路相 连；农村所有具备通车条件的乡镇和行政村通公路：基本建成4 5 个公路主枢纽。 因此可以预期，我国的公路建设还将在较长的时间内保持稳定的增长，中国的桥 梁建设也以巨大的规模和飞快的建设速度向前发展。 在公路及城市道路建设中，桥梁是咽喉，尤其在城市道路建设中，桥梁工程 占有相当大的比重。随着我国交通运输业的蓬勃发展，预应力混凝土梁桥的建设 取得了很大的成就。在量大面广的中小跨径及一般大跨径桥梁中，各种形式的预 应力混凝土梁桥一直占有主导地位，将有着广阔的发展前景。而这些占绝对数量 的中小跨径及一般大跨径桥梁的施工技术和施工质量也直接反应一个国家桥梁建 设的水平。由于预应力空心板梁结构简单、受力明确、施工方便、跨越能力较大、 可大批量集中预制等诸多优点【1 】 2 1 ，仍将是我国量大面广的中小跨径桥梁梁的首选 结构。因此在桥梁建设中，特别是在城市桥梁和高等级公路中得到了广泛的应用。 但由于其构件形式的多样，加之施工控制的不规范，这些板梁在预制阶段或使用 中出现了各种问题。因此，改善空心板梁的施工技术和经济性能可以减少损失， 降低工程造价，节约工程投资，为社会带来经济效益。 1 2 预应力混凝土结构 1 2 1 预应力混凝土的产生和发尉2 】，【3 】，【4 】 5 1 ，【6 】，【7 】 预加应力是项革命性的发展，它不仅是一种施工工艺但是更为重要的则 是作为一种构思。作为一种构思，预加应力对实际上所有的材料、结构和机械都 是有效而适用的。它表现为一切采取主动：它迫使人们对结构使用寿命期间的真 实行为进行预测；它要求考虑荷载作用下结构表现的若干“极限状态”，并且还强 制对极限荷载下的破坏机理作出评估。因此预应力思想被喻为2 0 世纪中最为革命 安徽理工大学硕士论文 的结构思想。 在2 1 世纪，无论建筑、公路、桥隧、海洋、水利、核电站、特种结构还是加 固改造等土木工程的各项专业活动中【8 1 ，现代预应力技术都将获得进一步发展和广 泛的采用，并推动土木工程科技的创新和发展! 回顾混凝土桥梁的发展，可以清 楚地看到预应力施工工艺的革新对于桥梁的类型、体系的发展，对提高桥梁的跨 越能力和丰富结构构造的形式起着重要的作用。 预应力技术出现很早，早在一千多年前，我国的木匠就以竹条编织成绳套在 木桶外，并通过对桶壁的环箍作用，而使木桶紧固，这其实就是典型的预应力技 术。预应力技术在钢筋混凝土结构中的应用越来越广泛，而且己经发展成为一门 新的专门学科。 1 8 8 6 年美国工程师杰克逊( p h j a c k s o n ) 及1 8 8 8 年德国的道克林( w d o h r i n g ) 首先把预应力用于混凝土结构。但这些最初的运用并不成功，主要是因为对混凝 土的收缩与徐变的影响认识不够，预应力筋没有采用高强钢筋，因为只有高强钢 筋才有足够的应变能力来抵抗混凝土的非弹性收缩，而低值的预应力很快在混凝 土徐变和收缩后而丧失。 预应力混凝土技术进入实用阶段与法国工程师弗莱西奈( f f r e y s s i n e t ) 的贡 献是分不开的。他在对混凝土和钢材性能进行大量研究和总结前人经验的基础上， 考虑到混凝土收缩和徐变产生的损失，于1 9 2 8 年指出了预应力混凝土必须采用高 强钢材和高强混凝土。此论断是预应力混凝土在理论上的关键性突破。从此，对 预应力混凝土的认识开始进入理性阶段，但对预应力混凝土的生产工艺，当时并 没有改进。 1 9 3 8 年德国的霍友( e h o y e r ) 研究成功了不靠专用锚具传力的先张法预应力 工艺，为预应力混凝土构件工厂化生产提供了简单可靠的方法；1 9 3 9 年弗莱西奈 成功研制了锥形锚具及配套双作用张拉千斤顶；1 9 4 0 年比利时的麦尼尔( g m a g n e l ) 研制了一次可以同时张拉两根钢丝的麦式模块锚具。这些研究成果为推广先张法 与后张法预应力混凝土提供了切实可行的生产工艺，为预应力技术在更大范围发 展作出了贡献。 预应力在现代钢筋混凝土结构中的研究和应用并发展成为一门学科，却是2 0 世纪5 0 年代以后的事情。第二次世界大战结束后，给工业、交通、城市建设造成 巨大破坏，急待恢复或重建，而钢材供应异常紧张，一些原来采用钢结构的工程， 纷纷改用预应力混凝土结构代替，于是预应力混凝土技术得到了蓬勃的发展。1 9 5 0 年成立的国际预应力混凝土协会( f i p ) 更是极力促进了预应力混凝土技术的发展。 2 第1 章绪论 特别是近3 0 余年来，预应力钢筋混凝土结构研究受到各国学者的重视，研究工作 不断深入。 预应力钢筋混凝土结构自诞生以来已经历了半个世纪和众多工程实践的考 验，它己完成了理论分析、基本性能研究、方案探索、构造设计、生产工艺等阶 段的历程，证实了自己的科学性、可靠性和经济性。并且世界各国兴建了很多有 代表性的预应力工程建筑物，这些都说明预应力钢筋混凝土结构己在世界土建工 程中显示了强大的生命力和吸引力。 我国的预应力混凝土结构是在2 0 世纪5 0 年代发展起来的，最初试用于预应力 钢弦混凝土轨枕，之后预应力混凝土在全国范围内开始推广。第一个五年计划开 始，大规模的基本建设要求大量采用钢筋混凝土结构与木结构，而当时钢材、木 材供应奇缺，因此迫切要求改用预应力混凝土结构代替。按照经典理论，预应力 混凝土的生产必须采用高强钢丝、高强混凝土、专用张拉千斤顶、锚具及配套的 设备与零部件，而我国当时除书本知识外真是一穷二白。正是在这一艰难的历史 条件下，自力更生，走出了具有中国特色的低强钢材预应力混凝土的发展道路， 开始了预应力混凝土的研究和开拓。在高科技迅猛发展的今天，我国的预应力结 构学科已经处于国际先进水平，但仍相对落后于欧美一些发达国家，预应力技术 在我国的应用发展还有很长的路要走。但是现在，预应力技术已经在工程的各个 领域得到了广泛应用，并且还将进一步扩大。预应力的前景是光明的，预应力的 技术还将进一步得到发展。 1 2 2 预应力混凝土的基本原理【5 】【6 】【7 】 混凝土是一种抗拉强度低、抗压强度高的材料( 抗拉强度低，只有抗压强度的 1 1 0 - 1 1 5 ) ，且它的极限拉应变很小，与钢筋相差较大。钢筋砼结构中若要求砼不 开裂，则钢筋的拉应力为盯，= 占m e s = ( o 0 0 1 0 0 0 1 5 ) x2 0 x 1 0 5 = 2 0 3 0 ( m p a ) ； 而将裂缝宽度限制在规范容许的范围( o 2 0 2 5 m m ) 内，钢筋的拉应力也不能充分发 挥( 不超过2 5 0 m p a ) 。因此钢筋混凝土存在两个方面的问题：一是在带裂缝工作状 态下，裂缝的存在不仅造成受拉区混凝土材料不能充分利用、结构刚度下降的问 题，而且使带裂缝钢筋混凝土构件不能应用于不允许开裂的结构中：二是从保证 结构的耐久性出发，必须限制裂缝开展的宽度，这既使高强钢筋无法在钢筋混凝 土结构中充分发挥其作用，相应地也不可能充分发挥高标号混凝土的作用。因此， 当荷载和跨度增加时，只有靠增加构件截面尺寸或增加钢筋用量来控制构件的裂 缝和变形。这样做必然使构件的自重增加，既不经济，也不美观，大大地限制了 3 安徽理工大学硕士论文 钢筋混凝土结构的使用范围。为了使钢筋混凝土结构得到进一步发展，这促使了 预应力混凝土结构的诞生。 预加应力在混凝土结构中的作用，可用图l 所示的梁来说明。 n n b ) n n 仃。( 压) 吼( 拉) c ) o a o l a ) 预压力作用下；b ) 荷载作用下；c ) 预压力与荷载共同作用下 图1 预应力梁的受力情况 f i g 1t h ef o r c ec o n d i t i o no f t h ep r e s t r e s s e db e a m 该梁在尚未施加预应力前，由于外荷载的作用，粱缘产生拉应力盯p 在外荷 载作用之前，在粱的中心轴以下部位预先施加一偏心压力，使得梁的下绦产生 预压应力盯。在外荷载和预压应力共同作用下，梁横截面的最后应力分布将是上 述二者的叠加，即( 万。一吼) 。此时，梁的下缘可为压应力( 仃。一吼 0 ) ，或为数 值很小的拉应力( 仃。一吒 0 ) 。这也就是说仃。预压应力的作用是可部分抵消或全 部抵消外荷裁所引起的拉应力仃，从而使裂缝延迟发生或不发生。 国际著名桥梁大师美籍华裔林同炎教授曾对预应力混凝土总结了三种不同的 概念【1 4 】： 第一种概念：预加应力能使混凝土在使用状态下成为弹性材料。 经过预压混凝土，使原先抗拉弱、抗压强的脆性材料变为一种既能抗压又能 抗拉的弹性材料。按照弗莱西奈( f f r e y s s i n e t ) 的传统概念，预应力混凝土是一 种新颖的、特殊的弹性材料，和钢筋混凝土是截然不同的两种结构材料。他认为 4 第1 章绪论 预应力筋的作用不是配筋，而是施加预应力以改变混凝土性能的一种手段。采用 无拉应力或零应力作为以这种概念进行预应力混凝土设计的原则。作为均质的弹 性材料，就可以运用材料力学的理论公式来计算混凝土的应力。 第二种概念；预加应力能使高强钢材和混凝土共同工作并发挥两者的潜力。 这种概念是将预应力混凝土看作高强钢材和混凝土两种材料的一种协调结 合。混凝土构件中所采用高强钢筋要使其强度充分发挥，就必须使其有很大的伸 长变形。如果高强钢筋只是简单地浇筑在混凝土体内，那么在使用荷载作用下混 凝土势必严重开裂和挠曲，构件将出现不能允许的宽裂缝和大挠度。预应力混凝 土构件中的高强钢筋只有在与混凝土结合之前预先张拉，一方面使得高强钢筋具 备了发挥其强度的条件，另一方面，使在使用荷载作用下受拉的混凝土预压、储 备抗拉能力。因此，预加应力是一种充分利用高强钢材的能力、改变混凝土工作 状态的有效手段，在此，预应力混凝土被看作普通钢筋混凝土应用的扩展。 第三种概念：预加应力实现荷载平衡。 预加应力的作用可以认为是对混凝土构件预先施加与使用荷载( 外力) 方向相 反的荷载，用以抵消部分或全部使用荷载效应的一种方法。预应力筋位置的调整 可对混凝土构件造成横向力。如果外荷载恰好被预应力筋引起的反力所平衡，亦 即外荷载对梁各截面产生的力矩均为预应力筋所产生的力矩抵消。此时，梁有如 轴心受压构件一样，只承受一个均匀压应力而不受弯。如外荷载超过预应力筋所 产生的反向荷载，则可用荷载差值来计算梁截面增加的应力。 预应力混凝土三个不同的概念，可以认为是从三个不同的角度解释了预应力 混凝上的原理。第一种概念是预应力混凝土弹性分析的依据，指出了预应力混凝 土的主要工作状态：第二种概念反映了预加应力对发挥高强钢材和混凝土潜力的 必要性，也指出了预应力混凝土的强度界限：第三种概念则在揭示预加力和外荷载 效应相互关系的同时，也为预应力混凝土结构设计与分析提供了一种简捷的方法。 目前，常用于预应力结构中对预加力的分析计算方法是采用林同炎教授提出 的等效荷载法。等效荷载法的主要原理是：将预应力作为结构的外荷载，将预应力 对结构的作用力用一相当的等效荷载代替，通过计算适当取值，使在等效荷载作 用下结构的变形与预应力作用下的变形相同，将预应力筋张拉时对结构产生的内 力和变形用等效荷载对结构产生的内力和变形代替，即等效荷载代替预应力筋的 作用进行计算。在结构使用阶段的受力分析中，将等效荷载及构件外荷载均作为 外荷载从而将预应力混凝土的计算转化为一般的混凝土结构计算。荷载平衡法是 等效荷载在实际应用中的一种特殊情况。主要是在预应力混凝土结构设计中，通 5 安徽理工大学硕士论文 过设计合适的预应力筋形式和偏心距，使得预应力作用形成的等效荷载的分布形 式与外荷载的分布形式相同，用以抵消部分或全部外荷载。 1 2 3 预应力混凝土的分类【2 】 以钢材作为配筋并施加预应力的预应力混凝土，与普通钢筋混凝土向属于加 筋混凝土的范畴。对加筋混凝土按照其受力性能可分为苦干个等级。 1 9 8 2 年由国际预应力混凝土协会( f i p ) 提出了预应力度的定义： a ；m o ( 1 1 ) m 式中： m n 一消压弯矩，即使构件控制截面受拉边缘应力抵消到零时的弯矩； m 一使用荷载作用下控制截面的弯矩。 1 ) 国外对预应力混凝土的分类 国际预应力协会( f i p ) 、欧洲混凝土委员会( c e b ) 根据预应力程度大小的不 同，建议将加筋混凝土分为四个等级： ( 1 ) i 级全预应力 在全部荷载最有利组合作用下，混凝土不出现拉应力。 ( 2 ) 级有限预应力 在全部荷载最不利组合作用下，混凝土允许出现拉应力，但不超过其强度容 许值；在长期持续荷截作用下，混凝土不出现拉应力。 ( 3 ) i 级部分预应力 在全部荷载最不利组合作用下，混凝土允许出现裂缝，但裂缝的宽度不超过 规定值。 ( 4 ) 级普通钢筋混凝土： 以上分类是以全预应力混凝土与普通钢筋混凝土为两个边界，设计者可以根 据对结构功能的要求和结构所处的环境条件，合理选用预应力等级，以求最优的 结构设计方案。 2 ) 中国对预应力混凝土的分类 中国土木工程学会部分预应力混凝土结构设计建议( 1 9 8 6 年) ，根据预应 力程度的不同，把加筋混凝土分为全预应力、部分预应力和钢筋混凝土三类。其 中部分预应力包括国际分类法中i i 级一有限预应力和i i i 级一部分预应力。 全预应力混凝土结构是指在全部荷载最求利组合作用下，构件全截面均处于 第1 章绪论 受压状态，不出现拉应力( 兄1 ) 。全预应力虽然具有抗裂性好、刚度大、可节约 钢材等优点，但也存在着结构延性差、对抗震不利、反拱过大等缺点。 部分预应力混凝土结构是指在全部荷载最不利组合作用下，沿预应力筋方向 正截面出现拉应力或出现不超过规定宽度的裂缝( 0 一1 ) 的桥梁，承载力满足a a s h t o 规定的法定荷 载的要求，但不能够满足各州规定的法定荷载要求，尤其当州的法定荷载显著大 于a a s h t o 规定的法定荷载时。 第二水准评定为法定荷载评定方法，荷载根据a a s h t o 规定的车辆和车道荷 5 5 安徽理工大学硕士论文 载取值，或者根据美国各州规定的法定荷载情况取值。需要考虑强度极限状态， 正常使用极限状态为可选项。未通过设计荷载评定的桥梁需要进行法定荷载的评 定，用来确定桥梁是否需要采取限制或加固补强。对于一给定的法定荷载可以给 出一个桥梁的安全承载力数值。美国以前的法定荷载评定也分为高等级的i n v e n t o r y r a t i n g 和低等级的o p e r a t i n gr a t i n g ，用于确定桥梁承载力的上限和下限。 第三水准评定为允许荷载评定，是在至少满足第二水准评定的前提下，评定 桥梁通过特殊重车的安全性。荷载根据特殊重车的荷载取值。 4 3 桥梁静载试验加载方案 对于一些由基本构件( 梁、板) 经体系转换才能建成的桥梁结构有必要在架设 前对基本构件试行单件等效加载试验，以免整体结构试验满足不了要求时再全部 撤掉重建，那将造成巨大的损失。目前，桥梁工程中基本构件试验主要是单梁静 载加载试验。 现场试验中，试验梁如放在台座上，则要求梁底距台座3 0 3 5 c m 高，如放在 夯实地面要求距地面4 5 5 0 c m 高。枕木垫块要求放置在临时支座处( 连续梁) 或 理论支座处( 简支梁) ，并左右各加木撑加固。 在试验梁l 2 截面两侧横向对称放置两根分配梁，分配梁为枕木，间距1 0 m ， 其作用是使l 2 截面受纯弯矩作用，分配梁上沿梁纵向放置两根工字钢，在工字 钢上放置千斤顶及荷载传感器，并用起吊设备提起配载梁，由千斤顶反顶配载梁 加载。加载前，在梁顶面跨中两侧5 0 c m 各放置足够刚度的配载梁两根，用砂在 梁顶面找平，再沿试验梁方向放置两根配载梁，如图1 5 所示。现场测验常用加载 方法有如下几种： 分配梁 l 乖 i 导 s 吧 一 梁顶面 l jl _ 10 o ：斗阳和b 转平反 图1 5 控制截面示意图 f i g 15t h es c h e m a t i cd r a w i n go fc o n t r o ls e c t i o n 5 6 第4 章基于常规桥梁静载试验方法的研究 1 ) 门式起重机配载 图1 6 门式起重机配载示意图 f i g 1 6t h es t o w a g es c h e m a t i cd r a w i n go fg a l l o w sf r a m ed e r r i c km e t h o d 2 ) 架桥机配载 试验粱 卜卜t 仆l 卜1 l 、1 小八n 。新桫貅勰1 | n l国i 产 式骆i 瑟 。j i 图1 7 架桥机配载示意图 f i g 1 7t h es t o w a g es c h e m a t i cd r a w i n go f b r i d g ee r e c t i n gm a c h i n em e t h o d 5 7 安徽理工大学硕士论文 3 ) 堆载配载 支撑粱 支撑粱 图1 8 堆载配载示意图 f i g 18t h es t o w a g es c h e m a t i cd r a w i n go fh e a p e dl o a dm e t h o d 4 ) 吊车配载 图1 9 吊车配载示意图 f i g 19t h es t o w a g es c h e m a t i cd r a w i n go ft r u c kc r a n em e t h o d 5 8 第4 章基于常规桥梁静载试验方法的研究 5 ) 双导梁( 扁担梁) 配载 图2 0 扁担梁配载示意图 f i g 2 0t h es t o w a g es c h e m a t i cd r a w i n go fd o u b l ec a r r y i n gp o l eb e a m s m e t h o d 4 4 小结 桥梁荷载试验是一项实践性很强的工作，不仅要求工作人员有丰富的现场经 验，而且同是需要坚实的理论基础作为指导。只有把理论计算和实桥检测充分地 结合起来，才能做好检测工作并取得满意的数据；只有根据检测结果不断的修正 理论计算模型，才有可能做出准确的评估。本文对桥梁静载实验做了比较详细的 研究，分析了我国目前利用静载试验对桥梁承载力评估的方法，并对比美国桥梁 承载力评定方法，给出几种桥梁工程中测试的静载试验加载方案。 5 9 安徽理工大学硕士论文 5 空心板梁静载试验 5 1 工程概况 江西省鹰瑞高速公路b 2 合同段是济南到广州国家高速公路的一部分，总体走 向为南北向，起于南城县天井源乡河垄村附近，经毛家窑，在康坑水库西北与银 福高速公路相交，设有南城枢纽、与银福高速公路共线段和南城服务区。路线全 长8 8 9 4 k m ，沿线共有桥梁1 1 座，其中9 座中型主线桥梁为预应力空心板梁，另辟 场地集中预制。 5 1 1 试验梁主要材料 试验板梁长度为2 0 m 矛1 1 1 6 m 两种，混凝土设计标号为c 4 0 。预应力空心板梁的施 工方法为后张法，预应力筋采用先穿法，预留孔道采用直径为7 0 m m 金属波纹管预 埋成孔。预应力筋采用抗拉标准强度为1 8 6 0 m p a 高强低松驰钢绞线，抗拉强度设计 值厶= 1 2 6 0 m p a ，公称直径为1 5 2 m m ，公称面积为1 4 0 m m 2 ，松驰率为2 5 。 1 6 m 板梁锚具采用o v m l 5 a - 6 夹片锚具，2 0 m 板梁锚具采用o v m l 5 a - 7 夹片锚具，采 用螺旋筋及钢筋网片作为局部承压钢筋。张拉设备选用柳州雷姆预应力机械有限 公司生产的y c w l 5 0 b 2 0 0 型穿心式千斤顶和z b 4 5 0 0 型高压电动油泵。 本次试验抽选5 片梁板，试验梁施工记录如表1 6 所示。 表1 6 试验粱的施工记录表 乃6 l e16t h ec o n s t r u c t i o nr e c o r d so ft e s th o l l o wb e a m s 注：l h 、h l 、c f 为桥梁名称的首个拼音字母，分别表示良湖、河垅、曹坊分离式立交桥。 5 1 2 试验梁设计要点 1 ) 预应力空心板计算采用“桥梁博士v 3 0 程序”，并计入部分桥面铺装混凝 土共同参与受力，桥面板横向分布系数采用铰接板法计算； 6 0 第5 章空心板梁静载试验 2 ) 主梁计算按组合截面分阶段考虑。桥面铺装层未达到设计标号前，按预制 板梁独自承受主梁内力计算，在桥面系、汽车或挂车等荷载作用下( 成桥运营状 态) ，按预制板梁、铰缝及桥面铺装层共同承受主梁内计算； 3 ) 预应力混凝土梁板按部分预应力a 类构件设计，多孔桥按梁板简支桥面连 续设计。 5 2 试验梁外观检查 试验前，分别对良湖立交桥l h2 3 撑、l h3 1 3 群梁，河垅立交桥梁h l3 - 1 撑，曹 坊分离式立交桥c f3 1 1 撑、c f1 1 7 撑梁进行整体外观质量调查表明：梁板混凝土表面 比较平整，无明显蜂窝、麻面，未出现结构裂缝。 5 3 静载试验 5 3 1 试验技术标准及依据 1 ) 大跨径混凝土桥梁的试验方法( 经1 9 8 2 年1 0 月在柏林举行的专题第五 次专家会议通过) ，交通部公路科学研究所、交通部公路局技术处、交通部公路 规划设计院，1 9 8 2 年1 0 月，北京( 以下简称试验方法) ； 2 ) 公路工程质量检验评定标准j t gf 8 0 1 2 0 0 4 ： 3 ) 公路桥梁承载力检测评定规程( 征求意见稿) 交通部公路科学研究所； 4 ) 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范j t gd 6 2 2 0 0 4 ； 5 ) 公路桥涵设计通用规范j t gd 6 0 2 0 0 4 ； 6 ) 公路桥涵施工技术规范j t j0 4 1 2 0 0 0 ； 7 ) 鹰瑞高速公路新建工程两阶段施工图设计江西省交通设计院( 2 0 0 8 ) 。 5 3 2 试验目的 桥梁结构构件静载试验是对桥梁结构物工作状态进行直接测试，确定设计、 施工合理性和可靠性的一种鉴定手段。桥梁结构物在试验等效荷载作用下，测试 结构控制截面的应力、挠度( 变形) 和裂缝等试验参数，从而判断桥梁结构构件 的实际工作状态和受力性能，以及结构的刚度、强度和抗裂性能，为施工过程的 质量控制、指导施工和竣工验收提供科学依据。 本次静载试验的目的：通过静载试验，了解预应力空心板梁的实际强度、刚 度及受力性能：评定预应力空心板梁承载能力是否达到设计要求。 - 6 1 安徽理工大学硕士论文 5 3 3 试验主要内容 1 ) 预制梁板的初始状态调查：a 、查阅相关施工记录、材料试验报告等；b 、 结构外观质量检查。 2 ) 主梁控制截面的应力测试：目的是了解结构的强度。采用b x l 2 0 - i o o a a 型 电阻应变计，d h 3 8 1 5 n 型电阻应变仪，笔记本电脑组成的采集系统，测定混凝土结 构的静载应力值。 3 ) 主梁控制截面的挠度测试：目的是了解结构的刚度。采用电子式百分表测 定结构跨中的静挠度。 4 ) 测试支座：目的是为了修正支座处变形( 沉陷) 对跨中挠度值的影响。采 用机械式百分表测定结构支座处的静挠度。 5 ) 测定残余值：试验荷载卸载后，测定残余挠度值及残余应力值，目的是测 a 试结构变形恢复能力，要求：掣o 2 0 。 j 实测值 6 ) 裂缝观测：试验前和试验过程中，对空心板梁结构是否出现裂缝进行观测， 用以判定梁板结构在正常使用荷载作用下的抗裂性是否满足设计要求。采用裂缝 观测仪观测裂缝。 5 3 4 静载试验方法 1 ) 试验荷载的确定原则： 对于单梁试验而言，由于条件限制，只能通过裸梁在铺装层和护栏以及设计 荷载作用下产生的跨中弯矩值反算出需产生同等效应所需的集中力值，也即设计 荷载公路i 级和二期恒载叠加为试验控制荷载。经计算确定本次试验中主要测试 项目加载所需力值采用数值如表1 7 所示。 表1 7 静载试验加载数据表 t a b l el7t h el o a d i n gd a t a so fs t a t i ct e s t 6 2 第5 章空心板梁静载试验 2 ) 测试断面的测点布置： 在对梁板的结构进行了理论分析计算后，确定将梁板的l 2 截面、l 4 截面作 为应力及挠度的实测截面，另外在两端临时支座处布置挠度测点。具体测点布置 示意图如图2 1 所示。 a ) b ) 支点l 41 , 2 支点 支点截面l 2 截面l 4 截面 一应力测点 o 挠度测点 a ) 纵向布置；b ) 横向布置 图2 1 测点布设示意图 f i g 21t h e t h es c h e m a t i cd r a w i n go f t e s t i n gp o i n tl o c a t i o n 3 ) 荷载试验： 为保证加载过程中结构的安全以及测试的需要，还有现场加载条件所限，整 个加载过程共分五级，分别为5 0 、7 0 、8 0 、9 0 、1 0 0 ，卸载分两级，分别 为- 5 0 、一1 0 0 。试验前先进行8 0 加载量的预压，以消除结构的塑性变形。加载 一6 3 安徽理工大学硕士论文 后结构的变形和内力需要有一个稳定过程。对不同的结构这一过程的长短都不一 样。每级荷载加载完毕后，若读数波动值在测试仪器的精度范围以内或者持荷 l o m i n 以上，就认为结构已处于相对稳定状态。可以测量读数，进行采集数据，记 录应力、挠度值，同步对试验梁是否出现裂缝及裂缝发展情况进行观察。试验初 读数是指试验正式开始时的零荷载读数。 在试验梁l 2 截面两侧横向对称放置两根分配梁，分配梁为枕木，间距1 0 m ， 其作用是使e 2 截面受纯弯矩作用，分配梁上沿梁纵向放置两根工字钢，在工字 钢上放置千斤顶及荷载传感器，并用龙门吊提起配载梁，由千斤顶反顶配载梁， 以千斤项的反力作为加载荷载作用力。加载装置示意图见图1 2 所示。 配载梁 千斤顶 试验梁 荷载传感器 分配梁 图2 2 试验梁加载装置示意图 f i g 2 2t h es t o w a g es c h e m a t i cd r a w i n go ft e s t i n gh o l l o wb e a m s 5 。3 5 静载试验照片 1 ) 试验梁板 6 4 第5 章空心板粱静载试验 圈2 32 0 m 试验中粱 f i g2 3 t h e 2 0 m t e s t i n g m i d d l e b e a m s 图2 41 6 m 试验中粱 f i g 2 4 t h e1 6 m t e s t i n gr o i d d l e b e a m s 刚2 51 6 m 试验边粱 f i 9 2 5 t h e l 6 m t e s t i n ge d g e b e m n s 安徽理工人学硕士论文 2 ) 采集系统 图2 6 采集箱 f i g2 6 t h ea c q u i s i t i o nd e v i c e 3 ) 应变片 陶2 8 粘贴应变片 f i 9 2 8 t h e p a s t i n gs t r a i ns l i c e s 蘸谶 圈3 0 边桨应变片 f i g3 0 t h es t r a i ns l i c e s o f e d g cb e a m s 幽2 7 与电脑组成的采集系统 f i 9 2 7 t h ea c q u i s i t i o ns y s t e m w i t hc o m p u t e re c c 一， 一曩 - 二_ - 二i 1 - _ - _ - - - _ 图2 9 中粱麻变片 f i g2 9 t h es t r a i ns l i c e so f m i d d l e b e a m s h3 1 ，桀底麻变片 f i g3 1 t h es t r a i ns l i c e s o f b e a r a sb o