先简支后结构连续T梁桥是桥梁工程中广泛应用的桥型结构, 具备施工流程清晰、施工周期短的特点。T梁预制是保证连续T梁桥施工质量的关键流程, T梁在梁厂预制完成后, 应对所有预制T梁进行外观检查, 如发现部分预制T梁有梁体裂缝外观病害, 则应评定预制单梁实际承载力是否受到影响。

单梁静载试验是评定单梁实际承载能力最直观有效的技术手段。通过对单梁按成桥状态进行理论分析计算, 明确单梁的设计荷载控制值, 再采用集中荷载或均布荷载的方式直接施加等效荷载于单梁上, 通过测试单梁的挠度、应变参数, 判定受检T梁的承载力是否满足设计要求, 从而确保连续T梁后续施工安全及成桥质量^[1,2]。

贵州省某在建公路桥梁上部结构为4×30m+4×30m先简支后结构连续T梁;桥面宽度为16.5m=0.5m (护栏) +15.5m (车行道) +0.5m (护栏) ;设计荷载为公路-I级。该桥的30m预制T梁高2.0m, 主梁间距为2.42m, 横向共7片, 主梁肋厚0.2~0.5m, 马蹄宽0.5m。

桥梁施工单位对预制T梁进行外观检查时, 发现第1跨上游侧第2片预制T梁 (编号:1-2号) 腹板有1条明显竖向裂缝, 裂缝成因不明, 为保障桥梁后续施工质量及施工安全, 需要通过单梁静载试验明确该桥1-2号T梁的实际承载力是否满足原设计要求。

在实施单梁静载试验前, 根据已有桥梁设计资料, 采用有限元软件对预制T梁的设计荷载值进行理论计算, 以便后期确定静载试验中的等效加载值。

在成桥状态下, 预制T梁实际荷载分为活荷载、恒荷载2部分, 分别对T梁恒荷载、活荷载引起的荷载效应值进行计算;其中活荷载部分为“公路-I级”设计荷载, 对于T梁考虑冲击系数及横向分布系数, 得到活荷载作用在受检单梁上的荷载效应值;恒荷载部分因自重始终作用于T梁上, 故仅计算二期恒荷载 (桥面铺装及护栏) 所对应的荷载效应值;最后对活荷载、二期恒荷载进行组合, 得到T梁的设计荷载效应值。

本文中的1-2号预制T梁设计荷载控制值计算结果如表1所示。

1) 裂缝观测对于预制T梁的腹板表面裂缝, 采用裂缝测试仪测试裂缝宽度值, 并记录裂缝的长度、走向、分布位置。在T梁加载前、加载过程中、卸载后, 均实时观测裂缝变化, 以便与规范允许裂缝限值进行比较。

2) 静载试验在预制T梁的控制截面布置挠度、应变测点, 测试单梁静载过程中的挠度、应变值, 并与理论计算值进行比较, 参照JTG/T J21-01—2015《公路桥梁荷载试验规程》对T梁实际承载能力进行评定。

本次静载试验采用反力顶推加载法, 在桥梁现场采用门式起重机吊梁作为配载梁, 再配合液压千斤顶反顶试验梁跨中, 从而实现跨中集中力加载。加载实施装置如图1所示。

1) 应变测点布设于预制T梁的跨中截面处。在T梁马蹄底面布置2个应变测点 (Y1, Y2) , 在腹板与翼缘交界处布置2个应变测点 (Y3, Y4) 。在应变测点处粘贴电阻应变片, 采用静态电阻应变仪配合计算机进行应变数据采集。

2) 挠度测点布设于预制T梁的L/4截面 (N1) 、跨中截面 (N2) 、3L/4截面 (N3) 。各测试截面的挠度采用在梁底面架设磁性表座及百分表, 人工读数进行挠度测试。

3) 支点沉降位移测点布设于单梁两端的支点处, 共2个沉降位移测点 (Z1, Z2) , 测试方法同挠度测试。

规程规定单梁静载试验荷载效率宜为0.85~1.05^[3], 因本次所检测的单梁已出现裂缝, 本次静载试验荷载效率取为1.05, 满足规程要求, 能够充分体现单梁的实际承载力, 如表2所示。

为了防止单梁在加载过程中意外损伤, 且获取单梁变形、应变与荷载的线性关系, 试验荷载分5级加载, 然后一次性卸载。在加载过程中通过实时监测各测点挠度及应变来控制实际加载进度。在整个加载过程中, 检测人员对整个预制T梁的各测试截面、测点密切观察, 实时对预制T梁在各级加载过程中的挠度实测值与理论计算值进行比较;同时, 对于预制T梁在加载过程中是否出现异常情况进行实时观察。

表3给出预制T梁分级加载值及各级加载对应的挠度、应变控制值, 如出现超出控制值的情况, 则表明T梁承载力已明显不足, 应立即停止加载, 确保试验检测安全。

1-2号预制T梁在加载前发现右侧腹板跨中位置处有1条竖向裂缝, 裂缝起点为腹板与翼缘交界处, 裂缝长度为0.38m, 裂缝最大宽度0.11mm, 加载过程中及卸载后原竖向裂缝长度、宽度均未见扩展。

单梁静载试验测试的1-2号T梁在分级试验荷载作用下, 各测点挠度实测值及计算处理后的校验系数、相对残余挠度如表4所示 (表中挠度以向下为正) 。

根据1-2号T梁的实测挠度数据, 绘制各级荷载作用下跨中实测弹性变形与理论计算值的对比图及单梁纵向变形曲线, 如图4, 5所示。

静载试验测试的1-2号T梁在分级试验荷载作用下, 各测点应变实测值及计算处理后的校验系数、相对残余应变如表5所示 (表中应变以受拉为正) 。

根据1-2号T梁的实测应变数据, 绘制各级荷载作用下跨中实测弹性应变与理论计算值的对比曲线, 如图6所示。

桥梁静载试验规程规定:荷载试验加载时控制截面测点的应变、挠度校验系数ζ≤1;主要控制测点的相对残余应变和相对残余挠度≤20%^[3,4]。

1-2号T梁的挠度校验系数为0.69~0.71, 应变校验系数为0.71~0.75, 均<1, 满足规程要求, 表明该梁的实际强度、刚度均满足设计荷载要求。静载试验实测相对应变、相对残余挠度均<20%, 说明T梁在试验荷载作用下处于弹性工作状态。在试验荷载作用下, T梁未产生新增裂缝, 右侧腹板原有裂缝加载前后及加载过程中均未见扩展。

综上所述, 腹板开裂的1-2号T梁实际承载力满足公路-I级设计荷载要求;建议对右侧腹板裂缝进行封闭, 确保T梁的耐久性。

预制T梁在实际预制完成后, 若发现出现梁体裂缝病害, 如直接将带裂缝T梁投入使用会有明显的安全隐患, 而将其直接报废则会造成较大经济损失, 为此可对开裂T梁进行静载试验。根据T梁静载试验结果, 明确T梁实际承载力是否达到设计要求。