苏炳灶

（福建省中孚检测技术有限公司，福建 漳州 363000）

0 引言

预制构件是随着工业化的生产方式发展起来的,具有建造速度快、质量高、绿色环保节能等优点。但如何保证预制构件的质量，多大的荷载会导致预制构件达到极限承载能力，理论计算的数据与实际使用中的极限承载能力是否相符，还是需要通过对预制构件进行荷载试验予以分析。本文通过实例介绍了非预应力钢筋混凝土预制梁静载试验操作方法及过程，并通过分析试验数据推出试验结论。

1 试验预制梁的选取

本次选取一根非预应力钢筋混凝土预制梁进行试验，该预制梁为某人行道板下的支撑构件预制梁中的一根。预制梁长宽高分别为：1455mm×240mm×250mm，经过检测，该预制梁纵筋为4B10，箍筋为Ф6@200，预制梁的混凝土等级通过现场回弹推定为C25。

2 试验内容和荷载加载控制值

2.1 试验内容

根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB 50204-2015）附录B 的要求，进行正常使用极限状态和承载力极限状态的各项性能检验，即对承载力、挠度和裂缝宽度进行检验，另外在梁表面测试加载过程中开裂前的弹性阶段应变。

人行道人行活荷载标准值3kN/m2,根据现场情况，预制梁间距3.3m，该预制梁承受活荷载标准值取10kN/m，该预制梁承受恒荷载标准值（含梁和铺装层自重）取10kN/m。加荷装置见图1，两支座中心点距离L0为1.350m。在梁的跨中和两个支座处各放置一块百分表以量测位移计算跨中挠度。在梁的侧面粘贴应变片。

图1 试验装置及应变片布置示意图

承载力加载值的计算采用简支梁跨中弯矩相等的原则确定等效千斤顶加载值；使用性加载值的计算采用简支梁跨中挠度相等的原则确定等效千斤顶加载值。

挠度和裂缝宽度试验荷载的加载值（考虑梁自重和加荷设备重量，采用准永久组合）P2=15kN。

承载力加载设计值（考虑梁自重和加荷设备重量，采用基本组合）为：P千基=20kN；

承载力标志（检验）荷载的最大加载值（承载力加载设计值乘以检验系数允许最大值）为：P1=31kN；

承载力标志（检验）荷载为承载力加载设计值与检验系数允许值的乘积，承载力检验系数允许值见《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB 50204-2015）表B.1.1.

2.2 试验荷载的加载值

按照《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB 50204-2015）B.2.5 条进行分级加载，计算出各控制荷载，即标准荷载、开裂（抗裂）荷载、承载力标志（检验）荷载。按该标准（GB 50204-2015）9.2.2 条规定，对普通钢筋混凝土裂缝宽度进行检验，不做抗裂试验，故本次试验分级加载中，不考虑开裂（抗裂）荷载，标准荷载、承载力标志（检验）荷载作为本次试验的分级控制荷载。标准荷载用于预制梁挠度和裂缝宽度的检验荷载，按《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）3.4.3，3.4.4 条要求，普通钢筋混凝土受弯构件挠度和裂缝计算荷载均采用准永久组合；承载力标志（检验）荷载用于检验预制梁的承载能力，承载力标志（检验）计算荷载采用基本组合乘以承载力检验系数允许值。

2.3 承载力标志（检验）荷载的最大加载值的计算

依据《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012），承载力标志（检验）荷载计算中，结构重要性系数取1.0，分项系数取恒荷载1.2，活荷载1.4，承载力极限状态荷载设计值为Q设=1.0×（10.0×1.2+10.0×1.4）=26.0kN/m。按跨中弯矩等效原则，且依据试验装置示意图（见图1 所示）中的加荷装置，应考虑构件自重的修正。加荷装置是梁底部千斤顶，不参与修正。

依据图1加荷装置，按跨中弯矩等效原则，千斤顶加载试验承载力极限状态设计值采用基本组合为：

承载力检验系数(也称加载系数)取《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB 50204-2015）表B.1.1 承载力检验系数最大值1.55，P1=P千基×加载系数=20×1.55=31kN；P1为承载力标志（检验）荷载的最大加载值。

2.4 使用性（挠度和裂缝宽度）试验荷载的加载值计算

挠度和裂缝宽度检验荷载采用准永久组合，并按上述原理等效和修正，简支梁跨中挠度均布荷载作用下，挠度Y均=5ql4/(384EI)，集中力作用下挠度Y集=pl3/（48EI），EI为刚度，考虑裂缝和材料的匀质性按《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）7.2节的方法修正。按挠度等效原理，p=ql/1.6。P2=（q准xL0）/1.6+G预制梁=(10+10×0.5)×1.350/1.6+1.455×0.24×0.25×25=15kN。P2为挠度和裂缝宽度试验荷载的加载值。

3 试验前的准备工作和试验过程

3.1 试验前的准备工作

（1）将试件表面（支座安装侧的梁面、梁两侧面）刷白并绘制方格，有利于在试验过程中观察、描绘裂缝及准确记录试验现象；

（2）量测预制梁的实际尺寸和变形情况；

（3）混凝土强度回弹检测；

（4）预制梁纵筋直径和根数检测,箍筋直径和间距检测；

（5）按试验装置示意图（见图1所示）安装支座和H型钢垫块；

（6）熟悉加荷设备的操作方法；

（7）百分表两端支座各设一个，梁中心一个；

（8）人员分工：加载操作和记录，裂缝观察和记录，挠度记录。

3.2 试验过程

（1）相关工作人员到位，预制梁和加载设施按图1放置；

（2）使用千斤顶分16级加载，加载初期，荷载小于标准值时，每级加载量不大于标准值的20%；当荷载大于标准值时，预制梁可能随时开裂，每级荷载不大于标准值的10%；接近承载力检验值时，预制梁可能随时出现承载力的标志值,每级荷载不大于设计值的5%。荷载分级中，包含标准荷载值，承载力标志（检验）荷载值。

（3）为了反映混凝土材料的塑性特征，每级加载完成后持续10～15min；在标准荷载作用下持续30min。在持续时间内，观察裂缝的出现和发展，以及钢筋有无滑移等情况；在持续时间结束时，观察并记录各项读数。

（4）加载至预制构件出现规范《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB 50204-2015）表B.1.1 所列承载能力极限状态的检验标志之一后结束试验。

4 试验数据分析

该梁无明显外观缺陷，外观尺寸与设计基本相符。试验过程中的加荷等级、加载值、应变和裂缝、挠度见表1～表3所示。该梁正常使用极限状态下准永久组合荷载设计加载值为15kN。该梁承载力极限状态基本组合试验荷载加载设计值为20kN，按出现承载力标志的最大加载系数1.55作为临界控制荷载，其值为31kN。

表1 现场应变试验数据（单位：με）

从表2 可以看出，当加载至荷载准永久组合设计加载值15kN 时，该梁开始出现裂缝，梁侧裂缝宽度为0.05mm，梁顶裂缝宽度为0.05mm，在荷载准永久组合设计加载值15kN 作用下，相关规范规定的最大裂缝宽度允许值为0.15mm 的（环境类别按二a 类考虑）,正常使用极限状态的裂缝宽度检验合格。后续继续加载时发现当加载至26kN 时，开始出现承载力标志，梁侧裂缝宽度为1.48mm，梁顶裂缝宽度为1.50mm，此时加载系数为1.30，大于规范规定的1.20 的要求，承载力检验合格。

从表3 可以看出，在荷载准永久组合设计加载值15kN 作用下，跨中挠度为0.43mm，考虑荷载的长期效应组合对挠度的增大系数1.6，修正后的挠度值为0.688mm。相关规范规定的挠度限值为跨径1/600，即2.25mm，挠度检验合格。

5 理论计算

预制梁按两端铰接的简支梁进行计算，截面尺寸及内部配筋情况按照实际情况，简支梁按设计的均布荷载施加于梁面上，受拉钢筋合力点至截面近边缘距离as取35mm，计算跨度l0=1350mm，混凝土强度等级取C25，纵向受拉钢筋强度设计值fy=300MPa，纵向受拉钢筋面积As=157.00mm2，纵向受压钢筋面积As'=157mm2,梁纵向受拉钢筋等效直径deq=10mm，钢筋保护层厚度c取25mm；查《混凝土结构设计规范》可得混凝土抗拉强度标准值ftk=1.78MPa，纵向受拉钢筋弹性模量Es=200000MPa，混凝土弹性模量Ec=27870.68MPa。

5.1 裂缝计算

按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率ρte=As/Ate=157.00/30000=0.0052,ρte＜0.01,根据《混凝土结构设计规范》7.1.2条，取ρte=0.01。

纵向受拉钢筋应力σsq=Mq/0.87/h0/As=3420000/0.87/215/157.00=126.67MPa

受拉钢筋应变不均匀系数ψ=1.1-0.65ftk/ρte/σsq=1.1-0.65×1.78/0.0100/126.67=0.19,ψ＜0.2,按《混凝土结构设计规范》7.1.2条，取ψ=0.2。

查《混凝土结构设计规范》表7.1.2-1 可得构件受力特征系数αcr=1.9

5.2 挠度计算

6 结束语

本文通过对非预应力钢筋混凝土预制梁进行静载试验和理论计算，得出以下结论：

（1）通过对试验数据可知，该梁在正常使用极限状态的挠度和裂缝宽度检验合格,在出现承载力标志时的加载系数大于规范规定的承载力检验系数允许值，该梁的静载性能检验合格。

（2）从试验数据和理论计算中可以发现，当加载至荷载准永久组合加载值15kN 时，该梁出现的裂缝宽度为0.05mm，理论计算的裂缝宽度为0.03mm；跨中挠度为0.43mm，考虑荷载的长期效应影响的挠度为0.688mm，理论计算的挠度为0.437mm。通过试验数据和理论计算结果的对比分析可以看出，静载试验与现行规范中的理论计算值差异不大。