基于应变确定加载控制弯矩的裸梁静载试验方法技术

本发明专利技术公开了一种基于应变确定加载控制弯矩的裸梁静载试验方法，基于成桥状态下设计车辆荷载及桥面铺装联合作用下的最大应变，根据其最大应变值通过裸梁截面惯性矩反向计算确定控制弯矩。该法充分考虑了裸梁至成桥施工及受力过程，桥面铺装在桥梁施工过程中于对裸梁来说是恒载，桥面铺装的恒载完全由裸梁来承担；成桥后营运过程中在设计车辆荷载作用下，部分桥面铺装与梁体协调工作、形成受力整体，共同承担设计车辆荷载。总之，本发明专利技术可实现裸梁静载试验控制弯矩的精准化、试验控制的精细化，广泛应用于桥梁裸梁静载试验领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于桥梁裸梁静载试验方法，尤其涉及一种基于应变确定加载控制弯矩的裸梁静载试验方法。
技术介绍
在桥梁建设领域，桥面未铺装前或预制拼装的梁未进行湿接缝混凝土浇筑前均可称为裸梁(包括钢裸梁、混凝土裸梁两大类)。桥梁施工过程中出现施工质量质疑时，如裸梁梁体混凝土强度达不到设计要求、预应力张拉不到、梁体出现不明原因的裂缝等，为确定出现质量质疑时裸梁是否能满足设计承载能力的要求，需进行裸梁静载试验；裸梁静载试验也是鉴定裸梁能否正常运营的一个重要手段，因为通过裸梁静载荷试验，测试裸梁在最不利荷载作用下的实际受力情况，可以判断单梁结构的实际承载能力。在进行裸梁静载试验前，需要确定静载试验的加载控制弯矩，当前的普遍做法是：根据未施工前作用裸梁上的恒载(主要为桥面铺装)及设计车辆荷载内力效应(弯矩)之和，作为裸梁静载试验加载控制弯矩的依据，如《低温建筑技术》2012年第3期的《预应力混凝土空心板单梁静载试验分析》一文的做法。然而，该做法存在诸多不妥之处：其一是忽略了桥面铺装不但是恒载的一部分，桥梁铺装完成形成强度后还与裸梁一起协调同受力、形成新的截面共同承担设计车辆荷载，既是不科学；其二是裸梁上的恒载(主要为桥面铺装)及设计车辆荷载内力效应之和作为静载控制弯矩，裸梁的承载能力实际上小于成桥时梁体的承载能力，因此易引起裸梁的过大的应变、位移甚至出现裂缝，导致静载试验出现误判，既是不安全；其三是需要更多的加载荷载或更小的荷载，造成堆载、千斤顶加载或其它加载方式的物质、能源浪费，既是不经济，或加载不足得出的试验结论不具说服力。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于应变确定加载控制弯矩的裸梁静载试验方法，该法能实现裸梁静载试验加载控制弯矩的精准化、试验控制的精细化，可广泛应用于桥梁裸梁静载试验领域。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：基于应变确定加载控制弯矩的裸梁静载试验方法，基于成桥状态下设计车辆荷载及桥面铺装联合作用下的最大应变，根据其最大应变值通过裸梁截面惯性矩反向计算确定控制弯矩。桥面铺装是钢筋混凝土桥面铺装或纤维钢筋混凝土桥面铺装。裸梁为钢裸梁或混凝土裸梁。上述基于应变确定加载控制弯矩的裸梁静载试验方法，按以下步骤操作进行：<1>在裸梁跨中及四分之一截面下缘安装位移计、应变传感器或粘贴应变片，并接入采集设备和计算机；<2>根据料场材料储备情况，选取加载方法，使得裸梁跨中产生等效弯矩Mdx即可；等效弯矩Mdx是使裸梁梁底产生与桥梁铺装恒载、成桥设计荷载作用下产生数值相等应变的弯矩值：<3>加载前、每级加载后及卸载后读取应变及位移值，根据实测应变、位移计算弹性应变、弹性位移值，再根据理论计算应变、位移来计算应变校验系数和位移校验系数，依据应变校验系数和位移校验系数判断裸梁承载能力。步骤<2>中的等效弯矩Mdx按以下公式计算确定：式中，I为铺装完成后成桥状态下梁的惯性矩；y为铺装完成后成桥状态下梁底距离中性轴的距离；E为铺装完成后成桥状态下梁的整体弹性模量；Mh为设计活载作用下的弯矩；Meq为二期恒载作用下的弯矩；I′为桥面铺装前裸梁的惯性矩；E′为桥面铺装前裸梁的弹性模量；y′为桥面铺装前梁底距离中性轴的距离。加载方法为千斤顶加载或重物堆载。重物堆载的加载物为混凝土配重块或钢筋，加载物在裸梁跨中截面两侧均匀堆放，堆载物线密度使得裸梁跨中产生等效弯矩Mdx即可。加载物均匀分级堆载，分为3～5级。为解决当前裸梁静载试验确定裸梁加载控制弯矩的不科学、不安全、不经济的做法，专利技术人在就受力过程进行了分析及公式推导的基础上，建立了一种基于应变确定加载控制弯矩的裸梁静载试验方法，基于成桥状态下设计车辆荷载及桥面铺装联合作用下的最大应变，根据其最大应变值通过裸梁截面惯性矩反向计算确定控制弯矩。该法充分考虑了裸梁至成桥施工及受力过程，桥面铺装在桥梁施工过程中于对裸梁来说是恒载，桥面铺装的恒载完全由裸梁来承担；成桥后营运过程中在设计车辆荷载作用下，部分桥面铺装与梁体协调工作、形成受力整体，共同承担设计车辆荷载。为此，本专利技术可实现精准确定静载控制弯矩，避免常规做法过大的加载控制弯矩，造成裸梁破坏及加载过程中资源、能源的浪费；或避免常规做法过小的加载控制弯矩，造成静载试验加载不到位导致试验结论的误判。总之，本专利技术可实现裸梁静载试验控制弯矩的精准化、试验控制的精细化，广泛应用于桥梁裸梁静载试验领域。与现有技术相比，本专利技术的突出优势具体在于：(1)考虑了桥梁铺装完成形成强度后与裸梁一起协调同受力、形成新的截面共同承担设计车辆荷载，更加科学、符合实际受力情况；(2)裸梁上的恒载(主要为桥面铺装)及设计车辆荷载内力效应之和作为静载控制弯矩，易造成试验加载弯矩大于裸梁梁体的应承担的弯矩值，即加载效率系数大于规范允许值，因此易引起裸梁的过大应变、位移甚至出现裂缝，造成静载试验失败、不安全；(3)裸梁上的恒载及设计车辆荷载内力效应之和作为静载控制弯矩，易造成试验加载弯矩小于裸梁梁体的应承担的弯矩值，即加载效率系数小于规范允许值，因此易引起试验结论的误判；(4)节约加载物质、降低加载能源消耗。(5)实现了裸梁静载试验的精细化。附图说明图1是空心板截面受力图。图2是T型梁截面受力图。图中：1裸梁，2桥面铺装。具体实施方式1.技术问题：桥面铺装前，裸梁状态进行静载试验判断裸梁承载能力时，需确定加载的控制弯矩，由于二期铺装参与受力致使裸梁的结构抗力小于桥面铺装之后的结构抗力，当取设计活载作用下的弯矩Mh与二期恒载作用下的弯矩Meq之和作为控制弯矩时，裸梁梁底的应变值大于成桥状态的下设计活载作用下的弯矩Mh与二期恒载作用下的弯矩Meq之和引起的应变值，因此，以设计活载作用下的弯矩Mh与二期恒载作用下的弯矩Meq之和作为裸梁荷载试验的控制弯矩是偏于不安全的，易造成加载资源的浪费及引起梁的破坏。2.设计思路及公式推导本专利技术基于应变确定加载控制弯矩的裸梁静载试验方法，基于成桥状态下设计车辆荷载及桥面铺装联合作用下的最大应变，根据其最大应变值通过裸梁截面惯性矩反向计算确定控制弯矩。其中，桥面铺装指钢筋混凝土桥面铺装或纤维钢筋混凝土桥面铺装，裸梁为钢裸梁或混凝土裸梁。桥面铺装(二期恒载)的重量全部有裸梁承担，桥面铺装引起的裸梁梁底应变为εer：成桥后营运过程中在设计车辆荷载作用下，部分面铺装与梁体协调工作、形成受力整体，共同承担设计车辆荷载，成桥状态下，设计车辆荷载作用下梁底的应变为εh：裸梁静载试验的控制荷载作用下的最大应εl，εl应为(式1)和(式2)两项应变之和，既是：εl＝εer+εh(式3)当裸梁梁底产生的应变为εl时，可求得所需施加的控制弯矩为Mdx：将为(式1)、(式2)和(式3)代入(式4)，求解并化简后可得(式5)式中，等效弯矩Mdx是使裸梁梁底产生与桥梁铺装恒载、成桥设计荷载作用下产生数值相等应变的弯矩值；I为铺装完成后成桥状态下梁的惯性矩；y为铺装完成后成桥状态下梁底距离中性轴的距离；E为铺装完成后成桥状态下梁的整体弹性模量；Mh为设计活载作用下的弯矩；Meq为二期恒载作用下的弯矩；I′为桥面铺装前裸梁的惯性矩；E′为桥面铺装前裸梁的弹性模量；y′为桥面铺装前梁底距离中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于应变确定加载控制弯矩的裸梁静载试验方法，其特征在于基于成桥状态下设计车辆荷载及桥面铺装联合作用下的最大应变，根据其最大应变值通过裸梁截面惯性矩反向计算确定控制弯矩。

【技术特征摘要】
1.一种基于应变确定加载控制弯矩的裸梁静载试验方法，其特征在于基于成桥状态下设计车辆荷载及桥面铺装联合作用下的最大应变，根据其最大应变值通过裸梁截面惯性矩反向计算确定控制弯矩。2.根据权利要求1所述的基于应变确定加载控制弯矩的裸梁静载试验方法，其特征在于：所述桥面铺装是钢筋混凝土桥面铺装或纤维钢筋混凝土桥面铺装。3.根据权利要求1所述的基于应变确定加载控制弯矩的裸梁静载试验方法，其特征在于：所述裸梁为钢裸梁或混凝土裸梁。4.根据权利要求1所述的基于应变确定加载控制弯矩的裸梁静载试验方法，其特征在于按以下步骤操作进行：<1>在裸梁跨中及四分之一截面下缘安装位移计、应变传感器或粘贴应变片，并接入采集设备和计算机；<2>根据料场材料储备情况，选取加载方法，使得裸梁跨中产生等效弯矩Mdx即可；所述等效弯矩Mdx是使裸梁梁底产生与桥梁铺装恒载、成桥设计荷载作用下产生数值相等应变的弯矩值：<3>加载前、每级加载后及卸载后读取应变及位移值，根据实测应变、位移计算弹性应变、弹性位移值，再根据理论计算应变、位移来计算应变校验系数和位移校验系数，依据应变...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝天之，王龙林，陈齐风，施智，卓小丽，刘世建，于孟生，
申请(专利权)人：广西交通科学研究院，
类型：发明
国别省市：广西;45