李君君 劉訓(xùn)臣 楊石柱

（石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河北石家莊 050041）

京昆高速河北省石家莊至?xí)x冀界T梁試驗研究

李君君 劉訓(xùn)臣 楊石柱

（石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河北石家莊 050041）

對京昆高速河北省石家莊至?xí)x冀界質(zhì)量存在疑問的T梁采用超聲回彈綜合測試法進行了鋼筋混凝土梁的混凝土強度測試，并對其中1片T梁進行非破壞性靜載試驗，將測試結(jié)果進行綜合分析，對測試梁的強度和承載力進行客觀評價，最終將測試梁應(yīng)用于施工現(xiàn)場，節(jié)省工程資金，排除安隱患。

超聲回彈綜合法 靜載試驗 強度 承載力

1 工程概況

京昆高速河北省石家莊至?xí)x冀界公路橋大部分采用T型截面梁，T梁采用梁場預(yù)制施工，并用架橋機架設(shè)完成，先簡支后連續(xù)，一幅橫向7片梁。在T梁生產(chǎn)的過程中有3片30 m跨徑的T梁在生產(chǎn)的過程中由于客觀問題，造成梁體外觀出現(xiàn)局部質(zhì)量問題，鑒于生產(chǎn)該梁的梁場在生產(chǎn)過程中一貫質(zhì)量把控較好，針對該問題，組織了專家論證會議建議進行試驗研究，用數(shù)據(jù)說話。因此就上述3片T梁采用超聲回彈綜合法測試其強度，并抽取1片梁進行非破壞靜載試驗研究，取得強度和承載力的客觀參數(shù)，為后續(xù)施工做客觀分析。

2 超聲回彈法測試混凝土強度

2.1 超聲回彈法測試混凝土強度基本原理

應(yīng)用超聲波檢測混凝土，就是通過發(fā)出和接收經(jīng)混凝土傳播后的超聲波，進行測量。利用脈沖波在技術(shù)條件相同（即混凝土原材料、配合比、齡期和測試距離一致）的混凝土中傳播的時間（或速度）、接受波的振幅和頻率等聲學(xué)參數(shù)的相對變化，來判斷混凝土的缺陷。超聲脈沖波傳播速度的快慢與混凝土的密實程度有直接關(guān)系，對于原材料、配合比、齡期和測試距離一定的混凝土來說，聲速高則混凝土密實，相反則混凝土不密實。

回彈法是用一個彈簧驅(qū)動的重錘，通過彈力桿（傳力桿），彈擊混凝土表面，并測出重錘被反彈回來的距離，以回彈值（反彈距離與彈簧初始長度之比）作為與強度相關(guān)的指標(biāo)，來推定混凝土強度的一種方法。

超聲回彈綜合法是指采用回彈儀測取測區(qū)混凝土回彈值和用超聲儀測取混凝土聲速值，采用經(jīng)驗公式推定測區(qū)混凝土的抗壓強度值。

2.2 檢測結(jié)果及結(jié)論

對河北省石家莊至冀晉界公路3片跨徑為30 m的試驗梁進行超聲回彈綜合法測試，每片T梁分為10個測區(qū)，每個測區(qū)回彈測試16個測點，超聲波測試在每對測區(qū)中選擇三對測點作為超聲測點，混凝土測試強度見表1所示。

表1 混凝土強度結(jié)果匯總表

根據(jù)河北省石家莊至冀晉界公路3片試驗梁的超聲回彈綜合法的結(jié)果分析，所測的河北省石家莊至冀晉界公路3片試驗梁的混凝土強度滿足設(shè)計強度要求。

3 單片T梁非破壞靜載試驗

3.1 單片T梁靜載試驗技術(shù)方案

3.1.1 試驗橋梁設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與基本數(shù)據(jù)

試驗梁設(shè)計荷載為： 公路-I級，梁的跨徑為：30 m。靜載試驗時試驗梁的計算跨徑采用梁處于簡支狀態(tài)下進行。靜載試驗時試驗梁的澆筑齡期和養(yǎng)護時間已超過28天?；炷翗?biāo)號根據(jù)現(xiàn)場施工和試驗記錄，混凝土試件強度（28天）達到設(shè)計強度等級C50。試驗梁預(yù)應(yīng)力鋼束：采用Φs15.2 mm高強低松弛鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1 860 MPa。

3.1.2 靜力荷載試驗

靜載試驗是對試驗荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的內(nèi)力與變形進行測量，從而對橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件工作狀態(tài)和工作性能進行檢驗。橋梁結(jié)構(gòu)不僅受到其本身重量即恒載的作用，同時還受到車輛荷載等活載的作用。靜力加載試驗是對橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在活載作用下結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的工作狀態(tài)與工作性能進行檢驗，從而確定其承載能力。

對于簡支試驗梁而言，跨中斷面是正彎矩控制斷面，本次試驗對該單片梁的支點斷面、1/4跨斷面和跨中斷面的撓度值以及跨中斷面的應(yīng)變值進行測試。測試的內(nèi)容包括：通過實測跨中斷面混凝土的應(yīng)變值與理論值比較，分析該構(gòu)件的強度是否滿足設(shè)計要求。實測跨中斷面沿梁高度方向各測點應(yīng)變，總結(jié)其變化規(guī)律，分析該構(gòu)件是否處于彈性受力狀態(tài)并作出評價。實測支點斷面的沉降，L/4斷面及跨中斷面的撓度值，并計算出L/4斷面和跨中斷面的撓度值。通過實測撓度值與理論撓度值的比較，分析該構(gòu)件的剛度是否符合設(shè)計要求。

圖1 橋梁博士T梁三維模型圖

（1）試驗荷載

本次靜載試驗的目的是檢驗該橋單片梁的強度及剛度是否滿足設(shè)計承載能力要求，所以在進行單片梁荷載試驗之前，先使用有限元計算軟件橋梁博士進行了結(jié)構(gòu)理論計算，計算模型如圖 1所示，計算結(jié)果見表2所示，根據(jù)計算確定加載方案。試驗梁跨中設(shè)計彎矩的大小按成橋后使用狀態(tài)計算。

表2 計算結(jié)果表

（2）試驗加載采用千斤頂施加集中力進行加載

試驗加載原則：

①試驗荷載效率η=Sstat/（S×δ）應(yīng)滿足：0.95≤η≤1.05，其中：Sstat為試驗荷載作用下檢測部位變位或力的計算值；S為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)活載作用下變位或力的計算值；δ為設(shè)計取用的動力系數(shù)。

②為了獲取結(jié)構(gòu)試驗荷載與變位的相關(guān)曲線，以及防止結(jié)構(gòu)意外損傷，試驗加載采用分級加載的方式，共分3級加載，1級卸載。每次加載或卸載要求在前一荷載階段內(nèi)結(jié)構(gòu)變位相對穩(wěn)定后，才能進入下一個荷載階段。一般是選定一個敏感的測點在加載后進行觀測，達到穩(wěn)定后方可進入下一級加載。

本次單片梁試驗采用分級加載的方法進行，共分3級遞級加到最大荷載。各工況分級加載如表3所示，卸載時一次卸載完畢。加載布置圖如圖2所示。

表3 分級加載值

圖2 加載布置圖（單位：m）

（3）測點布置

①撓度測試

撓度測試所用的儀器為機械百分表。在支點、跨中及 L/4跨梁底各布置兩臺機械百分表，支點處的百分表用于測量臨時支座及基礎(chǔ)的沉降量。通過各個控制斷面的撓度值計算出跨中及 L/4跨處的實際撓度。

試驗梁撓度測點布置圖如圖4所示。

圖4 試驗梁撓度測點布置圖

②應(yīng)變測試

試驗梁體的側(cè)面沿高度方向平均分為4等份，各等分點處布置一個應(yīng)變測點。試驗梁應(yīng)變測點布置圖如圖5所示。

圖5 試驗梁應(yīng)變測點布置圖

3.2 單片T梁靜載試驗測試及數(shù)據(jù)分析

圖6 百分表的布設(shè)

圖7 應(yīng)變片測點布設(shè)

單片T梁靜載試驗檢測過程如圖6～圖9所示。

根據(jù)現(xiàn)場情況，加載采用千斤頂加集中荷載，加載總重量為300 kN。加載之前全部測點處的撓度均進行空載值讀數(shù)，每一級加載后，每間隔5 min讀一次數(shù)，以便觀測結(jié)構(gòu)撓度是否達到穩(wěn)定狀態(tài)。所謂穩(wěn)定狀態(tài)，是指同一級荷載內(nèi)，結(jié)構(gòu)在最后5 min內(nèi)的撓度增量小于前一個5 min內(nèi)撓度增量的15 %或小于所用量測儀器的最小分辨值，則認(rèn)為結(jié)構(gòu)變位達到相對穩(wěn)定。

圖8 試驗梁加載反力裝置

圖9 應(yīng)變測試系統(tǒng)

（1）應(yīng)變測試結(jié)果與分析

在試驗荷載作用下，各梁跨中應(yīng)變見表4所示，試驗梁跨中斷面在第三級荷載作用下沿梁高方向應(yīng)變分布圖如圖10所示。

表4 梁跨中應(yīng)變測試數(shù)據(jù)表

由表4可以看出，在各級加載力作用下的實測應(yīng)變值均小于理論應(yīng)變值。

圖10 跨中斷面在第三級荷載作用下沿梁高方向應(yīng)變分布圖

由應(yīng)變沿梁高分布圖上可以看出，試驗梁應(yīng)變沿截面高度呈良好的線性變化，線性相關(guān)系數(shù)為0.9983，滿足平截面假定，也表明試驗梁在加載的過程中處于彈性工作狀態(tài)。

（2）撓度測試結(jié)果與分析

在試驗荷載作用下，測試梁梁1/4、1/2及3/4撓度見表5所示，各級荷載下?lián)隙茸兓瘓D如圖11

表5 撓度測試數(shù)據(jù)表

圖11 試驗梁各級荷載作用下測點撓度變化圖

由標(biāo)中實測數(shù)據(jù)以及撓度變化圖可以看出梁的第三級實測撓度小于理論計算值，卸載后基本恢復(fù)，表明結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計要求。

3.3 試驗梁承載力評定

按照《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）對試驗結(jié)果進行評定。

（1）校驗系數(shù)ζ

靜力荷載試驗校驗系數(shù)ζ是試驗荷載作用下測點的實測彈性變位或應(yīng)變值與相應(yīng)理論計算值的比值。ζ小于1時，代表梁的實際狀況要好于理論狀況。

本次試驗主要測點應(yīng)變及撓度校驗系數(shù)及評定見表6所示

表6 校驗系數(shù)評定表

從上表可以看出，各試驗梁主要控制測點的應(yīng)變校驗系數(shù)在 0.48～0.55之間、撓度校驗系數(shù)在0.49～0.51之間，均小于1，說明結(jié)構(gòu)強度、剛度均能滿足要求，實際狀況好于理論狀況。

（2）殘余變形評定

實測殘余變形（Sp）與實測總變形（St）的比值越小結(jié)構(gòu)就越接近彈性工作狀態(tài)，主要測點相對殘余變位或相對殘余應(yīng)變不應(yīng)超過20 %。

本次試驗主要測點應(yīng)變、撓度及位移殘余值及評定見表7所示。

表7 殘余變形評定表

從上表可以看出，各試驗梁主要控制測點應(yīng)變及撓度殘余值均小于 20%，滿足規(guī)范要求，說明在試驗過程中結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

4 結(jié)論

根據(jù)京昆高速河北省石家莊至冀晉界公路T型試驗梁的超聲回彈綜合法測試混凝土強度以及靜力加載試驗的結(jié)果分析，混凝土強度滿足設(shè)計要求，試驗荷載作用下，所測得試驗梁的實測應(yīng)變值均小于理論應(yīng)變值，說明試驗梁在加載的過程中處于彈性工作狀態(tài)。試驗荷載作用下，所測試驗梁應(yīng)變沿截面高度基本呈線性變化，滿足平截面假定，在單片梁試驗過程中，未發(fā)現(xiàn)梁體有裂縫產(chǎn)生。綜上所述，通過上述試驗，所測的河北省石家莊至冀晉界公路T型梁的強度及剛度均能滿足“公路-Ⅰ級”的設(shè)計荷載要求。施工現(xiàn)場根據(jù)測試結(jié)果將T梁外觀進行處理后應(yīng)用于施工現(xiàn)場，節(jié)省了工程資金，排除了安全隱患。

［1］JTG D60-2004，公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004

［2］JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004

［3］JTG/T J21-2011，公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程［S］.北京：人民交通出版社，2011

Experimental Study on Reinforced Concrete T Beam of Beijing-Kunming Expressway from Shijiazhuang to the Border of Hebei and Shanxi

LI Jun-jun LIU Xun-chen YANG Shi-zhu
（Shijiazhuang Institute of Railway Technology Shijiazhuang Hebei 050041 China）

The strength of reinforced concrete T beams in Beijing-Kunming Expressway from shijiazhuang to the border of Hebei and Shanxi was tested with the ultrasonic-rebound method. A non-destructive static load test for one of the T beams has been done. The results show that the beams are up to specification， and can be used for the construction.

ultrasonic-rebound method static load test strength bearing capacity

中國分類號：TU312A

1673-1816（2016）02-0027-07

2015-11-12

李君君（1982-），男，講師，河北涿州人，研究方向工程結(jié)構(gòu)施工監(jiān)測、檢測與安全施工技術(shù)。