談客運(yùn)專線單箱雙室簡支箱梁靜載試驗

潘傳喜

(中國葛洲壩集團(tuán)第五工程有限公司，湖北宜昌 443002)

1 總述

靜載試驗在鐵路梁場的局級鑒定、國家許可證取證及梁場后續(xù)生產(chǎn)抽檢中，起著舉足輕重的作用，靜載試驗的不合格，不僅取決于梁體自身質(zhì)量，其試驗部署也至關(guān)重要，在梁場取證中其計算復(fù)雜，投入人力最多，行動統(tǒng)一及指揮要求極高，作為鐵路梁場硬件中的關(guān)鍵項目點(diǎn)之一，做好靜載試驗尤為重要，下面結(jié)合黃陂制梁場取證實(shí)例，進(jìn)行分述。

2 實(shí)例分述

2.1 工程概述

漢孝城際鐵路二標(biāo)葛洲壩集團(tuán)第五工程有限公司黃陂制梁場共承擔(dān)單箱雙室箱梁制造401孔，其中梁部結(jié)構(gòu)32 m雙線簡支箱梁376孔，24 m跨25孔。32 m簡支箱梁分為直線無聲屏障型、曲線無聲屏障、直線有聲屏障、曲線有聲屏障四種類型。32 m簡支箱梁跨度31.5 m，長度32.6 m。24 m簡支箱梁跨度23.5 m，長度24.6 m。

根據(jù)《客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件》鐵科技[2004]120號和《預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡支梁產(chǎn)品生產(chǎn)許可證實(shí)施細(xì)則》要求，本梁場取證靜載試驗抽取預(yù)制箱梁GZHP31.5QW-006進(jìn)行試驗，現(xiàn)就GZHP31.5QW-006對箱梁取證靜載試驗做統(tǒng)一分述。

2.2 靜載試驗計算

2.2.1 計算依據(jù)

TB/T 2092-2003預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡支梁靜載彎曲試驗方法及評定標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2 試驗梁有關(guān)數(shù)據(jù)

試驗梁相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

表1 試驗梁相關(guān)數(shù)據(jù)

2.2.3 跨中截面設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1)梁自重力矩:Mz=23 300 kN·m;2)防水層、保護(hù)層產(chǎn)生的彎矩:Mf=0 kN·m;3)二期恒載力矩(含防水層、保護(hù)層):Md=17 343.00 kN·m;4)活載力矩:Mh=18 093 kN·m;5)動力系數(shù):1+u=1.127;6)收縮、徐變應(yīng)力損失值:σL6=109.54 MPa;7)松弛應(yīng)力損失值:σL5=30.11 MPa;8)預(yù)應(yīng)力鋼筋面積:Ay=0.032 9 m2;9)梁跨中截面換算面積:A0=7.294 m2;10)梁下緣換算截面抵抗矩:W0=4.224 m3;11)預(yù)應(yīng)力合力中心Ay到換算截面重心軸Ao的距離:e0=1.325 m;12)加載設(shè)備對跨中彎矩計算，設(shè)備加載圖如圖1所示。

圖1 設(shè)備加載圖（單位：m）

加載設(shè)備有千斤頂86 kg/個、枕鋼櫈54.275 kg/支點(diǎn)、砂子5 kg/支點(diǎn)。均布荷載 G1=G2=G3=G4=G5=86×3+54.275×3+5 ×3=435.825 kg=4 358.25 N。R1=R2=(G1+G2+G3+G4+G5)/2=4 358.25 ×5/2=10 895.63 N。

加載設(shè)備重量對跨中彎矩:MS=R1×L/2－G1×8－G2×4=10 895.63×31.5/2－4 358.25 ×8 －4 358.25 ×4=119 307.1 N·m=119.31 kN·m。

2.2.4 加載圖示

標(biāo)準(zhǔn)附錄A，根據(jù)圖2加載圖示計算α值:跨中彎矩:M=5P/2×31.5/2－P ×4－P ×8=27.375P。α =M/P=27.375P/P=27.375 m。

圖2 加載圖示（單位：m）

2.2.5 計算未完成的應(yīng)力損失值η1=0.602，η2=1.000。

Δσs=(1－η1)×σL6+(1－η2)×σL5=43.633 4 MPa。

2.2.6 計算未完成應(yīng)力損失的補(bǔ)嘗彎矩ΔMs

ΔMs=Δσs×Ay(W0/A0+e0)×1 000=2 733.420 4 kN·m。

Mka=Md+ΔMs－Ms=19 957.110 4 kN·m。

2.2.8 計算基數(shù)級加載值

Pka=Mka/α =729.026 9 kN。

2.2.9 計算各加載級下跨中彎矩

Mk=K(Mz+Md+Mh+Mf)+ΔMs－Mz－Ms=58 736.00k kN·m。

2.2.10 計算各加載級之荷載值Pk

尾氣分析儀對于我們診斷汽車故障，只能指明一個方向，只能把故障確定或者縮小到一個范圍，最終還需要我們進(jìn)一步精確診斷。換句話講，利用尾氣分析儀，只能作為精確診斷的補(bǔ)充或助手，只能定性，不能定量。

Pk=Mk/α =2 145.607 3k kN。

2.2.11 計算靜活載級下的荷載等級Kb

Kb=[Mh/(1+u)+Mz+Md+Mf]/(Mz+Md+Mh+Mf)=0.965 3。

2.2.12 計算靜活載之跨中彎矩Mkb

Mkb=Mh/(1+u)+Mka=36 011.24 kN·m。

2.2.13 計算靜活載級之荷載

Pkb=Mkb/α =1 315.5 kN。

2.2.14 加載表

千斤頂活塞面積283.38 cm2，加載表見表2。

表2 加載表

3 靜載試驗

3.1 靜載試驗人員分工

為了使梁場靜載試驗程序化、標(biāo)準(zhǔn)化、有條不紊的進(jìn)行，靜載試驗人員安排如下:

1)人員分工安排?，F(xiàn)場靜載試驗總指揮1人;安全負(fù)責(zé)人2人;計時員1人;橋上觀測員4人;裂縫觀測組2人;撓度觀測組6人;測量小組3人;加載小組31人;保障小組2人。

2)靜載試驗觀測人員安排圖見圖3。

圖3 靜載試驗觀測人員安排圖

3)靜載彎曲試驗人員安排圖見圖4。

圖4 國家許可證預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋靜載彎曲試驗加載人員安排圖

3.2 試驗梁齡期

梁場靜載試驗梁采用GZHP31.5QW-006梁進(jìn)行，本梁于2010年6月20日澆筑混凝土，2010年8月4日終張拉，2010年11月4日靜載試驗，試驗齡期為91 d。

3.3 試驗設(shè)備及儀器

現(xiàn)場靜載試驗臺1套;油泵及千斤頂15臺，備用1套;盆式橡膠支座4個;配電設(shè)備1套;油壓表30個;電子秒表2個;百分表、安裝鐵架、磁力架各6個;手持普通放大鏡2個;彈簧式拉力測力計1個;鋼卷尺1把;水準(zhǔn)儀1套;紅藍(lán)鉛筆若干;手持揚(yáng)聲器1個;手拉葫蘆2套;電焊、氣焊工具2套;人工扭矩扳手1套;河砂;鐵墊15個。儀表設(shè)備精度和型號要求根據(jù)具體取證規(guī)則確定。

3.4 支座及安裝要求

試驗采用盆式橡膠支座，其中縱向、橫向、多向活動支座及固定支座各1個。水平安裝后四支點(diǎn)不平整度不大于2 mm。

3.5 試驗梁安裝就位要求

1)支座應(yīng)符合要求，且各向高差均在允許范圍之內(nèi);2)就位后的梁體應(yīng)底面水平，跨度偏差在允許范圍之內(nèi);3)試驗梁對中。一是試驗梁與試驗臺對中，二是千斤頂與試驗梁對中，三是試驗臺反力桁梁與梁體腹板對中;4)箱梁兩排加載點(diǎn)中心線應(yīng)平行，兩條平行線間距與設(shè)計值偏差應(yīng)不大于±10 mm;5)千斤頂?shù)陌惭b位置除應(yīng)保證其縱向中心線符合規(guī)定外，其各頂與跨中頂縱向間距須保持4 m及4 m的倍數(shù)。尺寸偏差應(yīng)不大于10 mm。縱向定位各頂均應(yīng)以跨中為基準(zhǔn)量測。

3.6 試驗前準(zhǔn)備工作

1)制訂試驗大綱:主要包括目的要求、抽樣、試驗梁有關(guān)技術(shù)資料、試驗梁制造數(shù)據(jù)，安裝就位、試驗項目、試驗裝置、試驗荷載、加載方法、加載設(shè)備、量測內(nèi)容及方法、測點(diǎn)布設(shè)、評定標(biāo)準(zhǔn)、安全防護(hù)等等。

2)檢查核實(shí)試驗儀器、儀表、鋼尺及檢定證書，保證全部符合要求。

3)配套標(biāo)定加載千斤頂及標(biāo)準(zhǔn)壓力表。

4)試驗梁資料審查及加載計算。a.審查試驗梁設(shè)計參數(shù);b.收集試驗梁施工原始數(shù)據(jù)(混凝土強(qiáng)度R檢，R28，彈模E檢，E28);灌注日期、坍落度;c.張拉日期，張拉力及伸長值、回縮量、滑斷絲數(shù)據(jù)等記錄及制造技術(shù)證明書;d.進(jìn)行靜載試驗加載計算。

5)現(xiàn)場檢測。a.測定環(huán)境溫度;b.檢查試驗梁跨中區(qū)段有無明顯缺陷(硬傷、豎向裂口、潛在空洞梁底墊塊移在梁側(cè)面);c.實(shí)測試驗梁跨度、受力截面尺寸(腹板厚、梁底寬、底板厚等);d.查找并勾畫跨中8 m段初始裂紋;e.安裝變形測量儀器(位移計、百分表支座須穩(wěn)定)，布設(shè)測點(diǎn)或貼水平儀測量標(biāo)尺(坐標(biāo)紙或鋼板尺);f.測量試驗梁初始變形(上拱值或下?lián)现?。

6)備用準(zhǔn)備。準(zhǔn)備好備用電源;備用千斤頂、油表、油泵;備用密封件等配件。

7)試驗用品的準(zhǔn)備。記錄表格;各個油表“加載及油表讀值”記錄表;撓度記錄表;試驗報告表。

3.7 加載方法

試驗加載采用15臺千斤頂同步頂推來實(shí)現(xiàn)。設(shè)計自平衡式加載反力系統(tǒng)，加載布置示意圖見圖5。15臺千斤頂分為3列，每列5臺，分別作用于箱梁兩側(cè)、腹板軸線處。中間的千斤頂位于箱梁跨中，其余的在其兩側(cè)對稱布置，千斤頂之間的縱向間距為4 m，橫向間距為3.50 m，縱向加載圖如圖5所示。

圖5 靜載試驗加載布置圖

3.8 靜載試驗

1)由總指揮檢查前期準(zhǔn)備工作完成情況。各組首先檢查儀器設(shè)備準(zhǔn)備是否完整，儀器設(shè)備工作是否正常，人員是否到位，并向總指揮匯報準(zhǔn)備情況。

觀測組組長匯報觀測準(zhǔn)備情況:a.梁體原始裂縫和缺陷的標(biāo)畫情況;b.撓度測量用百分表安置情況，觀測裂縫用普通放大鏡、刻度放大鏡、鋼尺、標(biāo)畫用紅藍(lán)鉛筆、記錄表格等準(zhǔn)備情況;c.觀測人員到位情況。

加載組組長匯報加載準(zhǔn)備情況:a.加載設(shè)備調(diào)試情況;b.加載人員到位情況;c.測量時間用表、加載記錄表格準(zhǔn)備情況。

安全檢查組組長匯報安全檢查情況:靜載試驗安全檢查和安全防護(hù)設(shè)置情況。

2)總指揮下令開始試驗。在加載前下發(fā)加載的作業(yè)指導(dǎo)書和加載數(shù)據(jù)。

a.加載組組長發(fā)令加載開始。

b.1號～15號泵同時開泵加載，秒表計時開始(見表3)。

表3 加載時間表

c.加載過程中，各加載組人員記錄每加載階段實(shí)際油壓表讀數(shù)，記錄階段加載時間，順序，匯報加載情況給加載組長，組長根據(jù)各頂壓力及時調(diào)整加載速度，及時與開油泵人員溝通，保證15個頂加載同步。

d.加載到階段荷載要求時，加載組長通知持荷開始，計時人員開始計時，持荷時間一到，計時人員通知現(xiàn)場指揮，現(xiàn)場指揮通知觀測組人員進(jìn)行觀測、測量、標(biāo)畫、記錄觀測數(shù)據(jù)。

e.觀測完畢，觀測組組長向現(xiàn)場指揮匯報觀測完畢，現(xiàn)場指揮發(fā)令進(jìn)行下一級加載，依次類推完成TB 2092-2003預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡支梁靜載彎曲試驗方法規(guī)定的兩個加載循環(huán)，試驗結(jié)束。

3)各組組長對試驗情況進(jìn)行總結(jié)匯報。

4 試驗效果

按TB/T 2092-2003預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡支梁靜載彎曲試驗方法及評定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行靜載彎曲試驗。在第二加載循環(huán)抗裂安全系數(shù)Kf=1.20時，持荷20 min，梁體未發(fā)現(xiàn)任何受力裂紋，據(jù)預(yù)應(yīng)力混凝土梁靜載試驗報告結(jié)果，實(shí)測靜活載級撓度值4.737 mm，靜活載撓跨比 ψ ×(f實(shí)測/L)=0.995 7 ×(4.737/31 500)=1/6 678，小于設(shè)計值1.05 × (f設(shè)/L)=1.05 × (1/4 846)=1/4 615，滿足通橋(2008)2224A-Ⅳ(局部修改圖)和TB/T 2092-2003預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡支梁靜載彎曲試驗方法及評定標(biāo)準(zhǔn)的要求，靜載試驗合格。

[1] TB/T 2092-2003，預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡支梁靜載彎曲試驗方法及評定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] 鐵科技[2004]120號，客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件[S].

[3] 鐵建設(shè)[2005]160號，客運(yùn)專線鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收暫行標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] 鐵建設(shè)[2005]160號，鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5] TB 10002.3-2005，鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].