预应力宽幅空心板梁以其建筑高度低、自重轻、预制架设方便、受力性能较好等优点，在高速公路建设中应用广泛，成为中小跨径标准设计桥梁的常用上构形式之一。
宽幅空心板施加预应力有扁锚及圆锚两种锚固系统，扁锚的锚板尺寸较圆锚小，沿板长常采用等截面形式，板的内腔成型脱模方便，施工简单快速，断面挖空率较大，自重轻，对下部结构受力有利，故造价相对较为经济。但在设计及施工时，存在扁型波纹管孔道摩阻系数如何确定？扁锚竖置后，波纹管内预应力钢束是否相互影响？如何确定宽幅空心板的抗裂安全度及极限承载能力等疑问。为此取样对扁锚系统的预应力宽幅空心板进行了试验和研究。
1 试验研究的主要内容
1.1 扁锚预应力钢束的孔道摩阻损失的测试
1.2 预制宽幅空心板梁的抗裂安全度和极限承载能力
2试验方法、过程、结果及分析
2.1孔道摩阻损失测试方法及结果分析
2.1.1 孔道摩阻损失测试方法：
在孔道两端的锚垫板上安装锚杯，并在一端（主动端）装上夹片，在另一端（被动端）依次安装压力传感器、单孔锚夹具，然后在主动端单根张拉，由主、被动端钢绞线拉力差计算孔道摩阻损失。测试锚具及压力传感器安装如图1。
图1测试锚具及压力传感器安装图
2.1.2 孔道摩阻损失计算原理：
根据试验结果，得出张拉端的张拉力 及被动端的张拉应力 ，则孔道摩阻损失力为：
由此：
对于直线孔道： （1）
对于曲线孔道： （2）
式中 —考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数
—从主动端到被动端的孔道长度(m)
—预应力钢束与孔道之间的摩擦系数
—从主动端到被动端截面曲线孔道部分切线的夹角
—扁锚锚口损失系数（直线孔道设 ＝0）
2.1.3 孔道摩阻损失计算结果及分析：
2.1.3.1 孔道长度摩阻系数 ：
对8个试件的12根预应力钢索分别进行张拉取得实测数据后，根据式（1）计算得 平均值＝0.0034
2.1.3.2 孔道转角摩阻系数μ：
对8个试件的15根预应力钢索的锚垫板内的中孔束及边孔束分别进行张拉取得实测数据后，根据式（2）计算得出中孔束的μ平均值＝0.4，边孔束的μ平均值＝0.64
2.1.3.3 结果分析及解决方法：
设计时按 ＝0.003、μ＝0.35取值，是依据《公路桥涵施工技术规范》JTJ 041-89附录11-4的规定，并考虑到扁锚竖置的影响，取值有所增加。从实际试验结果看，由于波纹管内径偏差造成竖置孔道内各根钢绞线相互挤压错位，结果 、μ试验值均比设计值偏大。实际施工时采用提高张拉力的措施，对中孔束及边孔束预应力钢绞线的张拉应力分别提高3％及5％后，每片板的跨中平均有效预应力设计值与实测值之差＜±1％σcon，有效解决了孔道摩阻实测值比规范取值偏大的问题。
2.2 梁体静载试验
2.2.1 试验方法及目的：
静载试验的主要目的是检验宽幅空心板的抗弯安全度，并检验梁体的极限承载力。试验选用L=20m的宽幅空心板为加载梁，试验加载装置及测点分布如图2。
图2 试验加载装置及测点布置图
测试项目包括：开裂荷载、极限荷载、跨中挠度变化、混凝土应力分布、普通钢筋应力变化、裂缝分布及裂缝宽度等。
开裂荷载和极限荷载通过油压表读数计算。挠度变化通过载梁的两支座端和跨中架设百分表来观测。在预制宽幅空心板梁底纵筋上设钢筋应力传感器，并在混凝土表面粘贴表面式传感器，以测定混凝土应力分布和普通钢筋应力变化。通过放大镜和刻度放大仪来观察裂缝发展分布情况和裂缝宽度变化。
加载分三个阶段进项：
第一阶段：预载阶段加载程序
0—→1吨—→0.5P—→0
第二阶段：设计荷载阶段加载程序
0—→1吨—→0.2P—→0.4P—→0.6P—→0.8P—→P—→0.5P—→0
第三阶段：开裂－破坏阶段加载程序
0—→1吨—→0.25P—→0.5P—→P—→17吨—→18吨—→Pcr（19吨）—→以后每级增加2吨—→Pu—→破坏—→0
其中：P为设计弯矩加载值，Pcr为开裂弯矩加载值，Pu为极限弯矩加载值
2.2.2 试验结果分析：
2.2.2.1 跨中荷载—挠度曲线
如图3中点表示的是测试值，线表示的是理论值。从图中可以看出，实测与计算的挠度曲线载开裂以前基本吻合，测量值略低于理论值，而开裂后，测量值的增长比理论值快。
图3 荷载—挠度曲线图
静载试验中等代汽车作用的挠度实测值f＝16mm<挠度限制值18700/600=31mm，故能满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTJ 023-85（以下简称《85规范》）的规定。
2.2.2.2 跨中底缘混凝土荷载—应力曲线
图4中显示，在弹性加载阶段，试验梁纯弯段截面底缘混凝土法向应力的千分表测试值与理论计算值符合良好。
图4 板梁底缘荷载—应力曲线图
在静载试验荷载P作用下，跨中截面上缘压应力为10.68MPa，小于《85规范》允许的使用荷载下的压应力限值0.5Rab＝14MPa，满足规范要求。《85规范》第5.2.23条要求，部分预应力混凝土A类受弯构件的法向拉应力在荷载组合Ⅰ下应小于0.8Rlb；在荷载组合Ⅱ下应小于0.9Rlb，对于40号混凝土该拉应力限值分别为2.08MPa和2.34MPa。由于在试验中未观测到在本级荷载下有裂缝出现，因而符合部分预应力混凝土A类构件要求。
加载至设计弯矩M及开裂弯矩Mcr时，试验梁纯弯段截面底缘混凝土法向应力测试值如下表。
表1 试验梁纯弯段截面底缘混凝土法向应力值
|
加载弯矩 |
理论值 |
千分表测试值 |
误差 |
|
设计弯矩M |
-1.56MPa |
-1.40 MPa |
0.16 MPa |
|
开裂弯矩Mcr |
-3.15 MPa |
-4.63 MPa |
1.48 MPa |
由表可见，加载至设计弯矩时，截面底缘混凝土法向应力测试值与理论值符合良好。在开裂弯矩Mcr作用下，由于截面底缘混凝土已开裂，且裂缝出现在千分表量测标距内，致使千分表测试数据的绝对值比理论绝对值偏大。
2.2.2.3 裂缝分布及发展情况
裂缝分布如图5所示。试件在加载到19吨时，通过100倍的刻度放大镜仔细观察，发现在梁的底面跨中出现第一条裂缝，为宽度0.05mm的横向裂缝。加载至22吨时，梁的跨中部分侧面出现裂缝，梁底的部分裂缝已横向贯通；同时在南侧加载点外（弯剪区）出现了弯剪裂缝。当荷载加大到24吨时，北侧加载点外（弯剪区）出现裂缝。随着荷载的加大，纯弯段裂缝逐渐向梁上部受压区发展；加载点外的裂缝斜向上朝加载点方向发展，渐成弯剪斜裂缝。加载到36吨时，纯弯段不再有新裂缝出现，裂缝间距大约为8～12cm。之后跨中裂缝继续向受压区发展，弯剪裂缝向加载点延伸，新裂缝大都在南北两侧加载点以外出现，直至梁破坏。最终试件的最大裂缝宽度为2mm。
图5 试验梁裂缝发展分布图
理论裂缝宽度与实测裂缝宽度对比见下表：
表2 理论裂缝宽度与实测裂缝宽度对比
|
加载吨位
（T） |
理论裂缝宽度 |
实测裂缝宽度 |
误差 |
|
19 |
0.07mm |
0.05mm |
-0.02mm |
|
24 |
0.16mm |
0.20mm |
0.40mm |
|
36 |
0.57mm |
0.30mm |
-0.27mm |
|
42 |
0.75mm |
0.80mm |
0.05mm |
|
44 |
0.81mm |
1.10mm |
0.29mm |
|
50 |
— |
2.00mm |
— |
从上表显示结果看，梁体纯弯段截面受拉区主筋处混凝土裂缝宽度的实测值和理论值符合较好。
2.2.2.4 破坏荷载、破坏状态
当千斤顶加载至50吨时，挠度较上一加载级别急剧增大，此时总挠度已达到20cm，最大裂缝宽度为2mm，综合破坏弯矩理论计算值，可以认为梁体在这种状态下已达到极限承载力。
理论计算的截面破坏弯矩为3814.3kNm；根据静载试验破坏状态加载值换算的跨中截面实际破坏弯矩为4343.5 kNm；按实际破坏弯矩评价的梁体极限破坏安全系数为2.5，表明梁体有足够的破坏安全储备。
3 结论
通过扁形锚具预应力混凝土宽幅空心板的试验，测定了扁型波纹管孔道的实际摩阻系数，为设计提供了依据。关于宽幅空心板能否完全采用扁锚预应力系统，工程界存在不同意见，通过本次静载试验，显示扁锚宽幅空心板有较大的安全储备及良好的延性发展空间，其结构性能满足规范要求。成桥后经营运检验，使用良好。
参 考文 献
[1] JTJ 041-89《公路桥涵施工技术规范》
[2] JTJ 023-85《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》
