简支梁静载试验讲解

0简支梁静载试验方案静载弯曲抗裂性试验是检验简支梁梁体质量最直接、最根本的方法。试验准备、实施均必须严格按照中华人民共和国铁道部部标《预应力砼铁路简支梁静载弯曲抗裂试验方法及评定标准》（TB/T2092-2003）执行。一、简支梁在下列情况下应进行静载弯曲试验1.1采用新结构、新材料、新工艺进行试生产时；1.2生产条件有较大变动时；1.3出现影响承载能力的缺陷时；1.4交库资料不全或对资料发生怀疑时；1.5在正常生产条件下，每批60孔或连续三个月（三个月产量不足60孔时）抽验一片。1.6发放生产许可证或产品质量认证检验时，应对不同类别的简支梁各抽验一孔。抽样原则：按最不利原则一次抽取３孔（一孔为首次试验梁，两孔为加倍试验备用梁）。二、试验所需设备、仪器及要求2.1静载试验在固定的试验台座上进行。2.2试验所用的试验台座、反力架、千斤顶、油泵、标准油压表等加力设备和计量仪器，其工作能力控制在1.5～2.5倍最大试验荷载之间。2.3试验所用的计量设备、仪器、仪表、钢卷尺等均经法定计量检定部门检定合格,且在有效期限内使用。2.4反力架的加载间距、千斤顶、油泵、压力表使用数量根据梁的跨度经计算确定。加载计算按部颁标准《预应力砼铁路简支梁静载弯曲抗裂试验方法及评定标准》（TB/T2092-2003）进行。加载数据由设计院1提供。2.5压力表精度0.4级，最小刻度值0.2MPa，最小表盘直径150mm，其表盘最大读数60MPa。2.6试验梁体所用的支座与设计相符，梁两端支座高差不大于10mm，同一支座两侧，高差不应大于2mm。箱梁四支点不平整度不大于2mm。试验所需设备、仪器表1序号项目使用数量备注1加力架5副2加载千斤顶（300t）16台1台备用3油泵（ZB4-500）16台1台备用4油表（0.4级）16块1块备用5油表(0.4级)16块1块备用6钢卷尺(50m)2把分度值1mm7测力计(200N)2把分度值4N8记录文件夹6个9百分表(量程30mm)6块最小分度值0.05mm10磁性表座6个11普通放大镜(10倍)6块直径50mm12刻度放大镜(10倍)2块最小分度值0.02mm13红蓝铅笔10支14喊话器1个15秒表2块16梯子2把三、简支梁静载试验时间：在梁体砼承受全部预应力30天后进行，以使试验时外加荷载在跨中最下层预应力筋中所产生的最大应力不超过弹性极限。不足30天时由设计方检算确定。四、千斤顶、主油表的校验4.1试验前必须将千斤顶和油表匹配，并在不低于三级的试验机上2进行标定。其校验方法是：将试验机油门封闭，然后向千斤顶充油，用千斤顶顶压力机的方式分级加载进行校正，重复三次，取匹配油压表上的读数平均值，按规定格式记录，并计算出千斤顶的校验回归方程。线性回归系数不小于0.999,并根据加载等级计算各级荷载下的表示值,各级荷载下应以压力表的表盘整读数（MPa）对应压力机的表盘读数（kN）。4.2分级加载的吨位不得大于最大控制荷载的10%，加载速度不大于3kN/s，标定荷载不小于加载最大值的1.1倍，且持荷10min。4.3千斤顶与油表匹配后的最大测读误差不得超过最大控制荷载的0.5%。千斤顶的校正系数不得大于1.05。五、试验前的准备工作5.1梁两端支座的相对高差不大于10mm，同一支座两侧或同一端支座高差不大于2mm；箱梁四支点不平整度不大于2mm。5.2在试验台纵向中心线上，标出与待试验梁支座中心线相符的位置，再安装支座，支座底下用砂垫平。5.3试验梁移入台座对中后，在梁顶标出腹板中心线作为梁体加载中心线，并根据加载点的布置要求标出加载点位置，安装加力架。5.4每一个加载点用砂垫平，上盖钢板，用水平尺量靠水平后，再安放千斤顶，千斤顶与加力横梁底的接触面加垫石棉垫。5.5千斤顶中心与梁顶加载中心线纵横向位置偏差均不大于10mm,各千斤顶中心与加力架横梁中心纵横向偏差均不大于10mm。5.6试验梁加载前应将梁体表面清理干净，特别是梁体下翼缘，必要时应以清水洗净。然后采用10倍放大镜对梁体跨中两侧1/2跨度范围内的下缘和梁底面进行外观检查，对初始裂缝（表面收缩裂纹和表面损伤裂缝）及局部缺陷用蓝色铅笔详细描出。此时如发现梁体已存在裂纹，应经研究，确认为允许裂纹且在允许宽度以内，并以蓝色铅笔标出，以便区别。35.7在支座中心、跨中设置挠度观测点。六、加载计算方法6.1荷载采用对称布置，根据加载图式计算a值：对于32m梁等效集中荷载采用五点加载，跨中设一集中荷载，其余在其左右对称布置，各荷载纵向间距均为4m，横向每排采用3点加载如图1。加载点图1加载图式n跨中弯矩：M=R×L/2-ΣP×XiＭ=P*a得出a＝Ｍ／Ｐi=1式中：R－支点反力，kN；4L－计算跨度，m；P－各加载点所施加的荷载，kN；Xi－各加载点至跨中距离，m；a－相关系数（等效力臂），m。6.2计算未完成的应力损失值：△σs=(1-η1)σL6+(1-η2)σL5式中：σL6、σL5－分别为砼收缩徐变与钢筋松弛应力损失值，MPa；η1、η2－分别为砼收缩徐变与钢筋松弛应力损失完成率。6.3计算未完成应力损失的补偿弯矩△Ms：（kN·m)△Ms=△σs*Ay(Wo/Ao+eo)*1000式中：Ay－跨中截面预应力钢筋截面面积，m2；Wo－对跨中截面下边缘换算截面抵抗矩，m3；Ao－跨中换算截面面积，m2；eo－预应力合力中心至换算截面重心轴的距离，m。6.4计算基数级荷载跨中弯矩：当防水层已铺设时：Mka=Md*kq/kp+△Ms-Ms当防水层未铺设时：Mka=Md*kq/kp+△Ms-Ms+Mf*kq/kp式中：Md－道碴线路设备质量对跨中弯矩，kN·m；Ms－加载设备质量对跨中弯矩，kN·m；Mf－防水层质量对跨中弯矩，kN·m。6.5计算基数级荷载：Pka=Mka/a（kN）6.6计算各加载级下跨中弯矩：当防水层已铺设时：Mk=k(Mz+Md+Mh+Mf)*kq/kp+△Ms-Mz*kq/kp-Mf*kq/kp-Ms当防水层未铺设时：Mk=k(Mz+Md+Mh+Mf)*kq/kp+△Ms-Mz*kq/kp-Ms5式中：Mh－活载对跨中弯矩，kN·m；Mz－梁体质量对跨中弯矩，kN·m；k－加载系数。6.7计算各加载级之荷载值：Pk=Mk/a（kN）6.8计算静活载系数：kb=[Mh/(1+u)+Mz+Md+Mf]/(Mz+Md+Mh+Mf)式中：1+u－动力系数。6.9计算静活载级下的跨中弯矩：Mkb按第6条之公式以kb代替k求之，或用下式求出：Mkb=Mh/(1+u)+Mka6.10计算静活载级荷载：Pkb=Mkb/a七、加载程序(以无声屏障32m直线梁为例)7.1、静载试验的加载分两个循环进行。以加载系数K表示加载等级，加载系数K是加载试验中梁体跨中承受的弯矩与设计弯矩之比。试验准备工作结束后梁体承受的荷载状态为初始状态；基数级下梁体承受的弯矩指梁体质量与二期恒载质量对跨中弯矩之和。全预应力梁各循环的加载等级：①、第一加载循环初始状态→基数级(3min)→0.80(3min)→静活载级(3min)→1.0(20min)→静活载级(1min)→基数级(1min)→初始状态（10min）。②、第二加载循环初始状态→基数级(3min)→0.80(3min)→静活载级(3min)→1.0(5min)→1.05(5min)→1.10(5min)→1.15(5min)→1.20(20min)→1.10(1min)→静活载级(1min)→基数级(1min)→初始状态。当在第二加载循环中不能判断是否已出现受力裂缝时，应进行受力裂缝验证加载。验证加载从第二加载循环卸载至静活载级后开始。6验证加载：静活载级(5min)→1.0(5min)→1.05(5min)→1.10(5min)→1.15(5min)→1.20(5min)→1.10(1min)→静活载级(1min)→基数级(1min)→初始状态。7.2加荷和卸载均不宜过快。加载速度应不超过3kN/s。7.3在规定持荷时间内，加载人员应密切注意油压变化，并随时予以调整。7.4千斤顶加载时，只允许由低向高加压达到加载值。不允许以油压超过某规定加载值后再减少油压办法达到规定加载值进行试验，因油压千斤顶有反向摩阻，会产生虚假加载值。7.5加载过程中，若发生油顶漏油，迫使停止加载或需要更换设备，均须按上述卸载程序分级卸载到零，然后进行处理。再按上述加载程序要求，重新进行试验。7.6梁体不宜在荷载情况下保持过长时间，加载程序应一次连续完成。在规定持荷时间内，负责加载及油压测读人员不得离开岗位，应密切注意油压变化，精心操作。7.7加载或卸载时，千斤顶保持同步。7.8试验中应详细作好各项资料记录。对试验中出现的异常情况，更要仔细记录，以便分析处理。八、试验结果的计算、验证及评定8.1每级加载后均应测量梁体两侧各点竖向位移变化，以同一截面的两侧平均值作为相应截面的竖向位移量或支座沉降量。以跨中截面的竖向位移量减去支座沉降量即为该级荷载下的跨中实测竖向挠度值。实测静活载挠度值为静活载级下实测挠度减去基数级下实测挠度（f实测），修正后的实测静活载挠度为实际静活载挠度（f实际）。第二循环静活载作用下，实际静活载挠度合格评定标准：f实际=ψf7实测≤f设计×1.05。8.2受力裂缝的验证及开裂荷载等级的判定当梁体在某级荷载下或加载过程中，由梁体下翼缘侧面延至底部边角或直接在梁底部边角、梁底面上出现的受力裂缝（即判定裂缝），应经过验证，才能判定梁体是否开裂。8.2.1当在某荷载等级下（最大荷载等级除外）的持荷时间内，梁体在下缘侧面、底部边角、梁底面发现受力裂缝，按加载程序规定加至后一级荷载后，受力裂缝延长扩展或在上述区域又发现新的受力裂缝，即判定该加载等级与前一级加载等级的平均加载等级为抗裂等级，全预应力梁抗裂不合格。8.2.2当在某荷载等级加载至后一级荷载等级的过程中，梁体在下缘侧面、底部边角、梁底面发现受力裂缝，按加载程序规定加至后一级荷载等级后，受力裂缝延长扩展或在上述区域又发现新的受力裂缝，即判定该加载等级为抗裂等级，全预应力梁抗裂不合格。8.2.3当在最大加载等级的持荷时间内，梁体下缘底面发现受力裂缝或下缘侧面受力裂缝延伸至梁底边，在持荷20min后，对全预应力梁分级卸载至静活载级，按重复开裂验证循环重新加载至K=1.20级，如裂缝在卸载至静活载级后闭合，重新加载至最大加载等级级过程中裂缝张开，即评定该加载等级为抗裂等级,全预应力梁抗裂不合格。昌九城际铁路铁路有碴轨道双线简支箱梁静载试验数据等效荷载加载图示及挠度修正系数7.75m31.5m五集中力六分点等效荷载PPPPP7.75m4m4m4m4m名称加载位置修正系数0.99578图号通桥(2007)2224-Ⅰ跨度L=31.5m有无声屏障无声屏障有声屏障梁别曲线直线曲线直线抗裂安全系数Kf1.351.371.321.35静活载挠跨比f/L1/37061/37061/37061/3706挠度8.3试验结果评定标准8.3.1梁体在K=1.20级荷载作用下，梁体下缘底面未发现受力裂缝或下缘侧面(包括倒角、圆弧过渡段)的受力裂缝未延伸至梁底边，且在静活载作用下的挠度合格，则判定为静载试验合格。8.3.2若静载试验不合格，允许加倍试验。两孔试验梁抗裂、挠度试验结果均合格，仍可判定静载试验合格（首孔梁除外）；若试验结果仍有不合格项，则应对本批梁逐孔试验，其中合格者可出场铺架。九、静载试验记录和试验报告9.1、试验记录(附表2)的主要项目包括：a.试验梁、支座、试验装备、设备、仪器安装记录;b.千斤顶与油压表配套标定记录；c.各级加载数据及加载时间记录；d.支座沉降和跨中竖向位移测量及挠度记录；e.裂缝部位、裂缝宽度与荷载等级关系的记录。9.2、静载弯曲试验报告(附表3)。9.3、静载弯曲试验报告主要内容包括：a.检验单位和受检企业名称；d.受检产品型号和规格；c.检验类别；d.检验日期；9e.检验项目和检验依据；f.抽样办法和抽样数量；g.试验设备和器具、仪表；h.加载图式和加载程序