CN105865819B - 一种单片梁荷载试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种单片梁荷载试验方法，包括步骤：在测试梁体的每个测量点放置1‑2测试元件，测量点包括梁体两端的底面正中位置和梁体长度中点的底面正中位置；对测试梁体进行预加载和分级加载，直至加载负荷达到计算的控制应力值；最后一级荷载加载完毕后，静置15‑30min读数；分级卸去所有试验荷载，让结构变形恢复约30分钟，再读一次数作为结构的残余变形值，计算校验系数、相对残余变位和相对残余应变。本发明提出新的单片梁试验方法，以荷载试验以梁底应力δ＝0为试验控制目标，通过测量试验过程中的挠度、梁底应力、观察梁底开裂情况，可以直接反应梁底预应力度，从而评定梁板的预应力张拉施工质量。

Description

一种单片梁荷载试验方法
技术领域
本发明涉及桥梁施工技术领域，特别地，涉及一种可直接判断预应力施工质量的单片梁荷载试验方法。
背景技术
目前常用的单片梁(均指预应力混凝土梁)试验方法主要是根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)中的规定，通过对单片梁的控制内力、应变或变位等效原则确定静载荷载试验效率，通过分级加载，然后通过裂缝观测、静力荷载试验结构校验系数ζ，主要测点相对残余变位或相对残余应变S’p来判断梁板的受力状态。试验过程中以控制内力作为等效原则，主要是以汽车荷载(或汽车荷载+二期恒载)跨中最大弯矩为控制内力值，通过测试梁底应力、梁板挠度来反应梁板的受力性能，从而判断梁板的施工质量是否达到理论要求。
其不足之处在于荷载试验以跨中最大弯矩为控制内力值，难以直接反应梁板预应力施工质量和抗裂性能。其原因是现有荷载试验过程中梁底通常仍保留较大的压应力(通常在1-4MPa，跨径越大保留越大，部分情况下可能高达6-7MPa)，造成荷载试验效果难以真正直接反应梁的预应力状态，对梁板中究竟建立了多大的预压应力难以直接判断。比如某梁板预应力施工中张拉力远低于设计要求，导致梁板预压应力较设计下降了3MPa。但在荷载试验中，梁底仍保持了1MPa的压应力，如此难以判断施工中梁底压应力值，从而也无法判断梁板的预应力施工质量，从而带来安全隐患。实际检测实践中，发现大量梁板施工质量不佳，可是通过荷载试验却无法判断其问题所在，其原因就是荷载试验以汽车荷载跨中最大弯矩为控制内力值，难以直接反应梁板预应力施工质量和抗裂性能。
综上，目前的单片梁试验方法其实是一种增量法，通过测试某个控制指标在某阶段的变化情况，推定其全部的性能，这是一种妥协和不确定性很大的方法。
江苏省交通科学研究院股份有限公司申请的中国专利200910030761.0(CN101532917A)公开了一种桥梁承载力快速荷载试验方法，提出一种快速、准确评定桥梁承载能力的方法，即首先建立桥梁准静态荷载试验，依据准静态荷载试验实测得到的控制测点应变影响线对模型进行校准，分别在校准前后模型上按荷载试验要求进行布载，计算得到控制测点的修正前挠度和修正后挠度，最后通过效率系数得检算系数，通过结构检算系数对结构进行检算。该发明只强调了对桥梁承载能力的检算，试验过程不能反映出张拉施工质量的好坏及桥梁的抗裂性能。
刘怀林、黄福伟、白光亮申请的中国专利201210202865.7(CN102750412 A)提供了一种桥梁荷载试验智能布载系统及方法，通过桥梁结构模型快速生成模块，影响线计算模块等自动建立桥梁模型，计算控制截面的影响线，从而实现自动布载，提高桥梁荷载试验方案设计的可靠性和设计效率。该发明没有提及判断张拉施工质量好坏的方法，把截面挠度设定为控制目标，也不能直接判断梁的抗裂性。
施洲、蒲黔辉、杨永清申请的中国专利201510096558.9(CN104933285 A)涉及一种现场静载试验评定方法，其介绍了一种通过现场静载试验来评定桥梁承载能力及适应性能的方法。该发明和目前的单片梁静载试验方法基本一致，通过桥梁传统的关键截面的内力及应力分析结果，建立试验评定指标对应的评定区间，最终对桥梁结构性能做出评价，没有涉及单片梁预应力施工质量判断的方法。
李永强、袁义坤申请的中国专利201510116659.8(CN 104713740 A)涉及一种基于移动荷载试验的桥梁承载能力快速评定方法，本方法根据测点布置方案，现场布置传感器，通过提取桥梁结构动态响应，计算静态响应，评定试验桥梁的承载能力。该发明不能直接反映预应力张拉施工质量。
综上，本领域需要一种可靠度高、测量方便且不损伤梁体的测量方法。
发明内容
本发明目的在于提供一种单片梁荷载试验方法，以解决现有测量方法可靠度不高、测量不方便等技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种单片梁荷载试验方法，包括步骤：
A、在测试梁体的每个测量点放置1-2测试元件，所述测量点包括梁体两端的底面正中位置和梁体长度中点的底面正中位置，用于获取梁底应变值和挠度值；
B、对测试梁体进行预加载；
C、对测试梁体进行分级加载，直至加载负荷达到计算的控制应力值，其以梁板控制应力为等效原则，即荷载试验以梁底应力δ等于零为试验控制目标；最后一级荷载加载完毕后，静置15-30min，读取梁底应变值和挠度值；
D、分级卸去所有试验荷载，静置30-40min，让结构变形恢复后，读取梁底残余应变值和残余挠度值；
E、计算静力荷载试验结构校验系数、相对残余变位和相对残余应变。
优选地，步骤C中，在计算测试梁体的控制效应值时，静力荷载试验效率系数的表达式为：
其中，SS为静力试验荷载作用下，加载控制截面梁底应力δ＝0的效应值；S'为通过设计图计算的同一加载控制截面梁底应力δ＝0时的理论效应值。
优选地，步骤D中，当结构裂缝的长度或缝宽急剧增加，或新裂缝大量出现，或缝宽超过允许值的裂缝大量增多时，停止加载。
优选地，步骤B中，预加载值不超过结构构件开裂荷载计算值的70％。
优选地，单片梁应变测试的测试位置在梁体长度中点的底面正中位置，挠度测试的测试位置是梁体两端及正中的底面正中位置。
本发明具有以下有益效果：
本发明提出新的单片梁试验方法，该方法的特点是不以梁板的控制内力为等效原则，而是以梁板控制应力(应变)为等效原则，即荷载试验以梁底应力δ＝0为试验控制目标。由于混凝土的抗拉能力极弱，通常仅2MPa左右，故在试验荷载下，若梁底预应力度不足，则极易在荷载试验下发生开裂、应力异常等，通过测量试验过程中的挠度、梁底应力、观察梁底开裂情况，可以直接反应梁底预应力度，从而评定梁板的预应力张拉施工质量，真正达到荷载试验的目的。若施工过程中存在张拉应力小、预应力损失大等情况，则在试验过程中能得到导致直接的反应—梁底开裂；其评定方法更为直接，结果更准确、可靠。
现有单片梁静力试验荷载效率表达式为：
其中，SS为静力试验荷载作用下，加载控制截面梁底应力δ＝0的效应值，S'为通过设计图计算的同一加载控制截面梁底应力δ＝0时的理论效应值，μ为冲击系数。
本发明静力试验荷载效率的表达式为：
其中，SS和S'的含义同上。
比较其表达式可知：公式(1)的方法需要计算梁板检算荷载效应、冲击系数等，而公式(2)仅需根据梁板设计图和预应力施工参数计算出梁底应力为0时的效应值即可，显然公式(2)更为简单，仅需考虑梁板本身的受力性能而无需考虑梁板外部情况，实践操作更简便，回归单片梁荷载试验的目的。
通过大量试验证明，采用现有的试验方法，荷载试验下梁底压应力高达张拉总应力的约30％左右，也就是说即使张拉出现-30％的偏差，也很难通过荷载试验直接反应出来，荷载试验效果堪忧。而本申请方法加载重量远大于目前常用方法，荷载试验下梁底应力接近0，通过应力测量、裂缝观测，能很直接的反应预制梁张拉施工质量。
并且，以梁底应力为0所需荷载为试验荷载，加载重量较大，试验过程中风险较大，操作要求精细，否则容易对梁体产生损伤。因此本申请详细限定了试验的步骤方法，需进行预加载和分级加载，多次获取梁底应变值和挠度值。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的测量点放置位置示意图，为梁体侧面视图；
图2是本发明优选实施例的梁体仰视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
本专利提出的新的单片梁试验方法本质是一种全量法，以梁板控制应力(应变)为等效原则，即荷载试验以梁底应力δ＝0为试验控制目标，通过释放全部预压应力来反应张拉施工预压应力情况，是可靠度很高的方法。
本申请单片梁荷载试验方法的详细技术方案如下所述：
1)静力试验荷载效率
为保证施工质量合格的梁板在试验过程中不开裂，静力荷载试验效率按下公式计算，介于0.95-1.00之间：
式中：ηd为静力试验荷载效率；
SS为静力试验荷载作用下，加载控制截面梁底应力δ＝0的效应值；
S'为通过设计图计算的同一加载控制截面梁底应力δ＝0时的理论效应值。
2)试验荷载的确定
根据等效的原则，采用加载物(如钢筋、千斤顶等)进行加载，对加载物进行准确计量，要求计量精度达到2％；根据现场实际情况确定实际加载重量，控制静力试验荷载满足规范要求；根据实际加载重量计算梁板挠度、应力(应变)控制值。
3)测试点的布置
根据试验目的要求，单片梁应变测试和挠度测试的测试点布置如图1和图2所示，在梁体两端的底面正中位置和梁体长度中点的底面正中位置。其中，单片梁应变测试的测试位置在梁体长度中点的底面正中位置，挠度测试的测试位置是梁体两端及正中的底面正中位置。
根据需要，每个测点可布置1-2个测试元件，满足测试要求。测试元件包括应变片、精密水准仪等常规检测仪器。
4)加载程序及规则
首先对加载梁进行预加载，然后进行正式的分级加载程序。预加载是为了让结构进入正常工作状态得到充分变形，则先消除结构的非弹性变形。预加载和正式加载程序都需在施加荷载后需持续一段时间才能进行读数。
预加载过程为：试件各部分接触良好，进入正常工作状态，经过若干次预加载，使荷载与变形关系趋于稳定，预加载检查全部装置是否可靠，检查仪器仪表是否可行，预加载值不宜超过结构构件开裂荷载计算值的70％。
正式的分级加载过程：对测试梁体进行分级加载，直至加载负荷达到计算的控制应力值。
荷载分级的原则为：
①、当加载分级较为方便时，可按最大控制截面内应力工况分为4～5级；②、当用载重车加载，车辆称重有困难时也可分成3级；③、当桥梁的调查和验算工作不充分或桥况较差，应尽量增多加载分级的级数；④、根据具体条件决定分级加载的方法，最好每级加载后卸载，也可逐级加载达到最大荷载后逐级卸载；
加载和卸载的持续时间以结构的变形达到稳定为原则，同时考虑温度变化对试验造成的影响，一般不少于15分钟。当最后一级荷载加载完毕，读数完成后，分级卸去所有试验荷载，让结构变形恢复约30分钟，再读一次数作为结构的残余变形值。
加载过程中，若出现下述情况，应中止加载行为：
①控制测点应力、变位(或挠度)已达到或超过计算的控制应力值时；
②结构裂缝的长度或缝宽急剧增加，或新裂缝大量出现，或缝宽超过允许值的裂缝大量增多时；
③发生其他影响桥梁承载能力或正常使用的损坏时。
5)试验结果分析评定
依据《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)，静载试验结果需满足以下条件：
(1)裂缝要求：对于预应力钢筋砼结构不允许出现竖向裂缝，纵向裂缝不大于0.20mm。
(2)主要测点静力荷载试验结构校验系数ζ<1。
Se为试验荷载作用下主要测点的实测弹性变位或应变值；
Ss为试验荷载作用下主要测点的理论计算变位或应变值；
(3)主要测点相对残余变位或相对残余应变S’p≤20％。
Sp为主要测点的实测残余变位或残余应变；
St为试验荷载作用下主要测点的实测总变位或总应变。
本申请的具体实施例过程为：
A、在测试梁体的每个测量点放置1-2测试元件，所述测量点包括梁体两端的底面正中位置和梁体长度中点的底面正中位置，用于获取梁底应力；
B、对测试梁体进行预加载，目的是使结构进入正常工作状态，消除结构的非弹性变形；
C、对测试梁体进行分级加载，直至加载负荷达到计算的控制应力值，其以梁板控制应力为等效原则，即荷载试验以梁底应力δ等于零为试验控制目标；最后一级荷载加载完毕后，静置15-30min，读取梁底应变值和挠度值；
预加载和分级加载是根据个案具体确定，分级加载一般是2-4级。
D、分级卸去所有试验荷载，静置30-40min，读取梁底残余应变值和残余挠度值；
E、计算静力荷载试验结构校验系数、相对残余变位或相对残余应变。
以下为本申请的具体实施例和现有计算方法的对比实施例：
本申请以2008版公路桥梁上部结构标准图中40连续T梁(标准图号10-3)边跨边梁为例，其中设计荷载等级公路-Ⅰ级，试验过程中本文的试验方法和目前普遍使用的试验方法相关计算结果对比如下：
由以上对比可以看出：
(1)目前的试验方法荷载试验下梁底压应力仍高达6.4-7.7MPa，相当于张拉总应力的50％-60％，也就是说即使张拉出现负50％-60％的偏差，也很难通过荷载试验直接反应出来，荷载试验效果堪忧；
(2)本文使用的方法加载重量远大于目前常用方法，荷载试验下梁底应力接近零，通过应力测量、裂缝观测，能很直接的反应预制梁张拉施工质量；
在梁底应力不为0的时候观察梁底裂缝时，无论有没有裂缝，试验效果都不彻底，都不能真正判别施工质量的好坏，这是定性判断，而不是量的结论。当梁底应力为0的时候，观察梁底有无裂缝，若有则表明施工质量不是很好，若没有，说明施工质量好。
(3)同时在试验中梁板最大主拉、主压应力均在设计范围内，荷载试验是安全的。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种单片梁荷载试验方法，其特征在于，包括步骤：
A、在测试梁体的每个测量点放置1-2个测试元件，所述测量点包括梁体两端的底面正中位置和梁体长度中点的底面正中位置，用于获取梁底应变值和挠度值；
B、对测试梁体进行预加载；
C、对测试梁体进行分级加载，直至加载负荷达到计算的控制应力值，其以梁板控制应力为等效原则，即荷载试验以梁底应力δ等于零为试验控制目标；最后一级荷载加载完毕后，静置15-30min，读取梁底应变值和挠度值；
在计算测试梁体的控制效应值时，静力荷载试验效率系数的表达式为：
其中，SS为静力试验荷载作用下，加载控制截面梁底应力δ＝0的效应值；S'为通过设计图计算的同一加载控制截面梁底应力δ＝0时的理论效应值；
D、分级卸去所有试验荷载，静置30-40min，让结构变形恢复后，读取梁底残余应变值和残余挠度值；
E、计算静力荷载试验结构校验系数、相对残余变位和相对残余应变；
其中，主要测点静力荷载试验结构校验系数ζ<1；计算公式为：
Se为试验荷载作用下主要测点的实测弹性变位或应变值；
Ss为试验荷载作用下主要测点的理论计算变位或应变值；
相对残余变位或相对残余应变Sp’≤20％；
Sp为主要测点的实测残余变位或残余应变；
St为试验荷载作用下主要测点的实测总变位或总应变。
2.根据权利要求1所述的单片梁荷载试验方法，其特征在于，步骤D中，当结构裂缝的长度或缝宽急剧增加，或新裂缝大量出现，或缝宽超过允许值的裂缝大量增多时，停止加载。
3.根据权利要求2所述的单片梁荷载试验方法，其特征在于，步骤B中，预加载值不超过结构构件开裂荷载计算值的70％。
4.根据权利要求1所述的单片梁荷载试验方法，其特征在于，单片梁应变测试的测试位置在梁体长度中点的底面正中位置，挠度测试的测试位置是梁体两端的底面正中位置和梁体长度中点的底面正中位置。
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Denomination of invention: A Single Beam Load Test Method

Effective date of registration: 20230613

Granted publication date: 20190531

Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Changsha Wangcheng District sub branch

Pledgor: Hunan Lianzhi Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980043732