后張法預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡(jiǎn)支T梁靜載試驗(yàn)研究及應(yīng)用

摘要 ：后張法預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡(jiǎn)支T梁靜載試驗(yàn)是鑒定預(yù)應(yīng)力混凝土T梁能否正常運(yùn)營(yíng)的一個(gè)重要手段。結(jié)合工程實(shí)例，詳細(xì)闡述了預(yù)應(yīng)力混凝土T梁靜載試驗(yàn)理論分析、加載方式、試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果分析，試驗(yàn)與理論分析表明：梁體靜載試驗(yàn)理論分析和計(jì)算方法可靠，T梁剛度和承載能力滿足設(shè)計(jì)要求，具有實(shí)際的工程意義。

關(guān)鍵詞 ：后張法預(yù)應(yīng)力 靜載彎曲 抗裂試驗(yàn) 加載方式近年來(lái)，隨著鐵路建設(shè)的發(fā)展，鐵路建設(shè)中橋梁均以預(yù)制的預(yù)應(yīng)力混凝土T梁為主。而在架設(shè)前對(duì)預(yù)應(yīng)力砼T梁做靜載試驗(yàn)，以便檢測(cè)設(shè)計(jì)是否安全、施工質(zhì)量是否滿足規(guī)設(shè)計(jì)要求就成為控制和確保橋梁質(zhì)量的重要手段。

1. 理論分析

鐵路預(yù)應(yīng)力T梁靜載試驗(yàn)是通過(guò)對(duì)預(yù)制好的T梁直接加載，既是將靜止的荷載作用在預(yù)制T梁上的指定位置，觀測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的靜力位移、靜力應(yīng)變、裂縫等參量的試驗(yàn)項(xiàng)目，然后根據(jù)相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)，判斷橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力以及在荷載作用下的工作性能，用以檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性。

預(yù)應(yīng)力混凝土T梁是根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙、設(shè)計(jì)荷載及鐵道部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算出T梁的試驗(yàn)荷載，按實(shí)際加載等級(jí)，加載位置及加載重量，計(jì)算出各級(jí)試驗(yàn)荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)各測(cè)點(diǎn)的反應(yīng)如位移、應(yīng)變等，以便與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較。是通過(guò)對(duì)預(yù)制好的T梁直接進(jìn)行加載，并利用各種計(jì)量?jī)x器來(lái)檢測(cè)梁體的應(yīng)變和撓度，從而確定梁體在外力作用下所發(fā)生的變化和梁體的整體工作狀態(tài)的試驗(yàn)方法。

2.加載方式

為了保證試驗(yàn)質(zhì)量，荷載試驗(yàn)選擇在結(jié)構(gòu)溫度趨于穩(wěn)定的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行，為了獲取靜載試驗(yàn)荷載與變位的相關(guān)曲線以及防止結(jié)構(gòu)意外損傷，試驗(yàn)中的加卸載均采取分級(jí)的辦法進(jìn)行，在每一加載試驗(yàn)中，加載方式為單次逐級(jí)遞加到最大荷載，然后逐級(jí)卸到零荷載，并隨時(shí)觀測(cè)每級(jí)荷載下各控制參數(shù)的變化。在實(shí)際操作中，可采取千斤頂加載的方式進(jìn)行加載。

3.試驗(yàn)內(nèi)容

后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁靜載試驗(yàn)的內(nèi)容如下：

1）T梁外觀檢查：試驗(yàn)前對(duì)T梁外觀進(jìn)行檢查，主要內(nèi)容包括幾何尺寸、梁體表面缺陷（如蜂窩麻面、裂縫等），對(duì)試驗(yàn)橋梁的現(xiàn)狀做出宏觀判斷。及對(duì)已經(jīng)存在的裂紋用藍(lán)色的筆做出標(biāo)記。

2）測(cè)試T梁跨中的撓度值：滿足正常使用對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度要求，體現(xiàn)在撓度應(yīng)小于等于設(shè)計(jì)計(jì)算值或規(guī)范規(guī)定的允許值。

3）測(cè)試T梁支座的沉降：測(cè)定支座沉降量，消除其對(duì)撓度的影響。

4）T梁的裂縫觀測(cè)：試驗(yàn)前和試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)是否已出現(xiàn)裂縫進(jìn)行觀測(cè)，并且在試驗(yàn)前、后采用不同標(biāo)記的筆進(jìn)行標(biāo)注，以便識(shí)別及了解橋梁施工質(zhì)量，指導(dǎo)、控制加載和試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。

4、工程實(shí)例

4.1 工程概況

32m時(shí)速160公里后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁，為吉林九站制梁場(chǎng)預(yù)制。

32米后張梁的技術(shù)指標(biāo)：?jiǎn)尉€的線間距2.2m。 梁計(jì)算跨度為32m，全長(zhǎng)32.6m，梁高2.5m，軌底至梁底建筑高度為3.15m。梁體的結(jié)構(gòu)形式為：預(yù)制單線及雙線邊梁，頂寬為2.30m，下緣寬度：0.88m。在結(jié)構(gòu)的腹板與頂?shù)装逑嘟惶幉捎脠A弧倒角過(guò)渡。

4.2 試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作

4.2.1試驗(yàn)前對(duì)試驗(yàn)梁的檢查

加載前用10倍放大鏡在梁體跨中兩側(cè)1/2跨度范圍內(nèi)的下緣和梁底面進(jìn)行外觀檢查，對(duì)局部缺陷用藍(lán)色鉛筆標(biāo)出。

4.2.2試驗(yàn)梁及試驗(yàn)架的安裝

1）在靜載試驗(yàn)臺(tái)座上鋪一層薄砂抄平，然后放上底座板，要求同一端兩底座板任意兩點(diǎn)高差不大于2mm，梁兩端支座的相對(duì)高差不大于10mm；

2）在底座板及下橫梁上畫出對(duì)齊中線，安裝下橫梁；

3）在下橫梁上標(biāo)出支座安裝位置，安裝試驗(yàn)梁支座；

4）試驗(yàn)梁移入臺(tái)座對(duì)中后，在梁頂標(biāo)出腹板中心線作為梁體的加載中心線，并根據(jù)加載點(diǎn)的布置要求，標(biāo)出加載點(diǎn)位置；

5）每一加載點(diǎn)用砂找平，鋪上鋼座板，并用水平尺量靠水平，移入千斤頂，千斤頂?shù)鬃行木€要與加載中心線相重合，偏差不大于2mm；

6）放出加力架位置，并且用砂子找平，高差不大于2mm，安裝加力架。千斤頂與加力架上鋼梁接觸面必須墊實(shí)；

7）在T梁兩側(cè)底板的支座中心、跨中下翼緣處固定好百分表以便測(cè)量梁體撓度。

5、試驗(yàn)過(guò)程

5.1 試驗(yàn)加載方法

1）試驗(yàn)梁的加載分兩個(gè)循環(huán)進(jìn)行（見圖1）。以加載系數(shù)K表示加載等級(jí)，加載系數(shù)K是加載試驗(yàn)中梁體跨中承受的彎矩與設(shè)計(jì)彎矩之比。試驗(yàn)準(zhǔn)備工作結(jié)束后梁體承受的荷載狀態(tài)為初始狀態(tài)；基數(shù)級(jí)下梁體跨中承受的彎矩指梁體質(zhì)量與二期恒載質(zhì)量對(duì)跨中彎矩之和。

2）各千斤頂宜同速、同步達(dá)到同一荷載值；加載速度不宜超過(guò)3KN/s。

3）每級(jí)加載后均應(yīng)仔細(xì)檢查梁體下緣和梁底有無(wú)裂紋出現(xiàn)。如出現(xiàn)裂紋或初始裂紋的延伸（和試驗(yàn)前所標(biāo)記的裂紋對(duì)比），應(yīng)用紅鉛筆標(biāo)注，并注明荷載等級(jí)，量測(cè)裂紋寬度。

4）每級(jí)加載后均應(yīng)測(cè)量梁體跨中和各支座中心截面兩側(cè)豎向位移變化，以同一截面的兩側(cè)平均值分別作為相應(yīng)截面的豎向位移或支點(diǎn)沉降量。跨中截面的豎向位移量減去支座沉降影響量即為該級(jí)荷載下的實(shí)測(cè)撓度值。

5.2 靜載試驗(yàn)荷載計(jì)算

試驗(yàn)梁（第10片預(yù)制32mT梁）為曲線無(wú)聲屏障32mT梁，梁跨32.0m，終張拉日期2013年02月20日，靜載試驗(yàn)日期2013年3月23日，計(jì)算齡期32日。根據(jù)中鐵咨詢32mT梁通用設(shè)計(jì)圖通橋（2005）2101-Ⅰ計(jì)算如下：

5.2.1 靜載試驗(yàn)加載圖示

根據(jù)加載圖示，按5點(diǎn)進(jìn)行加載計(jì)算等效力臂a值

RA= RB =5/2×P

故等效力臂：a=28（m）

5.2.2計(jì)算未完成的應(yīng)力損失值△σS

從施加全部預(yù)應(yīng)力至試驗(yàn)日期共計(jì)32天，根據(jù)TB/T2092-2003中表A.1查得：

30天 η1=0.40； 2天 η2= 0.50

40天 η1=0.43； 40天 η2= 1.00

內(nèi)插法得：32天 η1 = 0.4060； η2=0.8947

△σS=（1—η1）σL6+（1—η2）σL5

=0.594×162.64+0.1053×12

= 97.871MPa

5.2.3未完成應(yīng)力損失的補(bǔ)償彎矩

△MS =△σSAY（WO/AO+ e0）×103

= 97.871×0.01218×（0.8468305/1.33551+1.1116） ×103

=2080.9798kN.m

5.2.4基數(shù)級(jí)荷載之彎矩

1、加載設(shè)備重量對(duì)跨中彎矩

MS =3.01×28 =84.28kN.m

其中：千斤頂1.37kN；支墊1.39kN；砂子0.1kN；其它0.15kN；合計(jì)3.01kN。

5.2.5基數(shù)級(jí)荷載之彎矩（防水層保護(hù)層已鋪）

Mka=Md+△MS—MS

=5927.68+2080.9798-84.28

=7924.380kN.m

5.2.6基數(shù)級(jí)荷載

Pka= Mka/a =7924.380/28= 283.01kN

5.2.7各加載級(jí)跨中彎矩（防水層保護(hù)層已鋪）

Mk= k（Mz+ Md+ Mh + Mf） +△MS- Mz- Mf-MS

= k×19997.21+ 2080.9798-5235.2-236.29-84.28

=k×19997.21 -3474.790

5.2.8 各加載級(jí)荷載值

Pk= Mk/a =（k×19997.21 -3474.790）/28

=714.186k-124.100

5.2.9靜活載系數(shù)

Kb=[ Mh/（1+μ）+ Mz+ Md+ Mf]/（Mz+ Md+ Mh + Mf）

=（8598.04/1.1935+5235.20+5927.68+236.29）/（ 5235.20+5927.68+8598.04+236.29）=0.930291

5.2.10靜活載級(jí)跨中彎矩

Mkb= Kb×19997.21 -3474.790=15128.434kN.m

5.2.11靜活載級(jí)荷載

Pkb= Mkb/a = 15129.390/28 =540.33kN

計(jì)算各加載級(jí)荷載值 Pk= Mk/a，計(jì)算結(jié)果見表3-1。

6、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析

6.1 靜載試驗(yàn)撓度試驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果見表6-1，表6-2。

6.2 靜載試驗(yàn)跨中實(shí)測(cè)撓度（兩側(cè)平均）及線性回歸結(jié)果見圖2

6.3 32米后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁靜載試驗(yàn)結(jié)論

根據(jù)對(duì)梁體靜載試驗(yàn)跨中實(shí)測(cè)撓度數(shù)據(jù)的分析，跨中實(shí)測(cè)撓度與荷載呈線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)>0.9999（圖2），表明梁體處于彈性工作狀態(tài)。

梁體在最大控制荷載（kf=1.20）作用下，持荷20分鐘，梁體下翼緣底部邊角及底板未發(fā)現(xiàn)受力裂縫，且在靜活載作用下實(shí)際撓跨比為1/2843小于規(guī)定值1/1748 ，因此判定靜載彎曲抗裂試驗(yàn)合格。

通過(guò)簡(jiǎn)支T梁靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明梁體靜載試驗(yàn)理論分析和計(jì)算方法可靠，T梁剛度和承載能力滿足設(shè)計(jì)要求。

7、結(jié)語(yǔ)

簡(jiǎn)支T梁靜載試驗(yàn)是檢驗(yàn)梁體抗裂性及撓度的常規(guī)方法。試驗(yàn)方法的科學(xué)性、操作的準(zhǔn)確性、判斷的合理性，都密切關(guān)系到橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量是否合格和運(yùn)輸安全。本文結(jié)合工程實(shí)例，詳細(xì)論述了簡(jiǎn)支T梁靜載試驗(yàn)的全過(guò)程，并說(shuō)明了如何對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析。

作者簡(jiǎn)介：

全萍，女，1969年出生，工程師。