軌道交通先張法預制U型梁靜載試驗研究

譚程龍，宋郁民，沈哲亮

（1.中交三航局第三工程有限公司，江蘇南京210004；2.上海工程技術(shù)大學軌道交通學院，上海201620；3.同濟大學橋梁工程系，上海200092）

軌道交通先張法預制U型梁靜載試驗研究

譚程龍1，宋郁民2，沈哲亮3

（1.中交三航局第三工程有限公司，江蘇南京210004；2.上海工程技術(shù)大學軌道交通學院，上海201620；3.同濟大學橋梁工程系，上海200092）

靜載試驗是檢驗橋梁整體受力性能、橋梁設(shè)計和施工質(zhì)量是否滿足設(shè)計和規(guī)范要求的主要方法，也是竣工驗收的必要過程。靜載試驗結(jié)果為確定或評定橋梁運營荷載等級最直接且最有效的辦法。以青島R13線軌道交通先張法預制U型梁為例，按照一定抽樣頻率對成批預制的先張法U型梁，進行靜載試驗，測試U型梁在試驗荷載下的剛度、應力及裂縫寬度，分析試驗結(jié)果，該先張法U型梁的力學性能均滿足規(guī)范要求，為今后先張法預制U型梁推廣使用提供一定的參考。

軌道交通；先張法；U型梁；靜載試驗；力學性能

城市軌道交通廣泛使用的U型梁是由早期的槽型梁優(yōu)化發(fā)展而來［1-7］。目前國內(nèi)各個城市高架橋選用的U型梁，主要采用后張法預制施工工藝，近幾年來，國外有采用先張法預制工藝的U型梁，國內(nèi)應用較少［8-11］。

先張法預制U型梁，具有預應力筋和混凝土的粘結(jié)性與整體性良好、成批預制效率高等優(yōu)點，但缺少相關(guān)力學性能的荷載試驗研究。為此，以青島R13線軌道交通先張法預制U型梁為例，按照一定頻率對成批預制的先張法U型梁，進行靜載試驗，測試了U型梁在試驗荷載下剛度、應力及抗裂性等指標，對該U型梁的力學性能進行了評價。為后期運營養(yǎng)護提供一定技術(shù)支撐。

青島城市城際軌道交通R13線工程高架橋，采用先張法預制的預應力混凝土簡支U型梁。試驗梁選取其中30 m標準跨徑，計算跨徑28.7 m，支座中心距梁端0.6 m。試驗U型梁跨中截面如圖1所示。

圖1 U型梁跨中截面圖（單位mm）

1 試驗方案

1.1 試驗內(nèi)容

測試的主要內(nèi)容和目的為：

（1）1.0倍設(shè)計荷載加載，測試U型梁控制截面的應變和撓度；

（2）1.2倍設(shè)計荷載加載，測試U型梁控制截面的應變和撓度；

（3）評價U型梁在兩個加載狀態(tài)下的強度和剛度等是否滿足規(guī)范要求。

1.2 測點布置

（1）撓度測點。U型梁支點、跨中截面布置豎向撓度測點，采用電測位移計，如圖2、圖3所示。

圖2 支點撓度測點布置圖

圖3 跨中撓度測點布置示意圖

（2）應變測點。U型梁跨中道床板下緣布置橫向應變片，道床板上下緣及腹板上緣布置縱向應變片，如圖4所示。

圖4 跨中截面縱、橫向應變測點布置（單位：cm）

1.3 試驗加載

（1）加載方法。靜載試驗荷載采用反力架加載。經(jīng)計算優(yōu)化采用5個門式反力架加載，反力架縱向加載間距為5.5 m，每個反力橫向設(shè)置4個加載點。底板加載點P1設(shè)置縱向分配梁和橫向分配梁，腹板加載點P2設(shè)置縱向分配梁，如圖5和圖6所示。

圖5 加載點橫向布置示意圖（單位：mm）

靜載試驗時，在每個千斤頂與反力架之間布置壓力傳感器，校核千斤頂加載誤差。

（2）加載值計算。二期恒載、列車活載和K≥1.0倍的恒載，采用反力架加載。

加載遵循跨中彎矩與設(shè)計荷載下最大彎矩相等、支點剪力與設(shè)計荷載下最大剪力近似相等的原則。試驗采用分級加載的方式進行加載（定義系數(shù)K為分級加載系數(shù)，即試驗加載下梁體跨中彎矩值與設(shè)計荷載下梁體跨中最大彎矩值的比值）。加載分為兩個階段：

圖6 加載點縱向布置示意圖（單位：mm）

階段一：K≤設(shè)計荷載1.0時（二期恒載+活載），通過底板千斤頂進行加載；

階段二：設(shè)計荷載1.0≤K≤設(shè)計荷載1.2時，通過腹板千斤頂進行加載。

各階段分級加載值見表1所示。

表1 反力架加載荷載值匯總表單位：kN

（3）加載循環(huán)。為消除試驗過程中的不確定因素影響，確保試驗結(jié)果準確性和可靠性，試驗進行兩個循環(huán)測試。分別是：

循環(huán)1：依據(jù)表1，從零荷載逐級加載到“二恒1.0+活載1.0”，按照試驗規(guī)程完成逐級測試后，并逐級卸載到零荷載狀態(tài)；

循環(huán)2：依據(jù)表1，從零荷載逐級加載到“設(shè)計荷載1.2”，按照試驗規(guī)程完成逐級測試后，并逐級卸載到零荷載狀態(tài)。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 剛度分析

依據(jù)《預應力混凝土鐵路橋簡支梁靜載彎曲實驗方法及評定標準》［12］（TB/T 2092-2003）的實測靜活載撓度值合格評定標準：f實測≤1.05（f設(shè)計/ψ）（其中ψ為等效荷載加載撓度修正系數(shù)，取值：ψ= 1.0613，計算跨徑為28.7 m）。則計算得知：1.0倍活載作用下，實測撓度最大值11.04 mm＜1.05（f設(shè)計/ψ）=14.2 mm。3片U型梁跨中截面在1.0設(shè)計活載作用下?lián)隙葘崪y值和撓跨比分析結(jié)果如表2所示。

表2 試驗梁跨中截面實測撓度值與撓跨比分析單位：mm

由剛度結(jié)果可知：可計算得出各片試驗梁的撓跨比如表2所示，測試方法和試驗結(jié)果滿足《預應力混凝土鐵路橋簡支梁靜載彎曲試驗方法及評定標準》［12］（TB/T 2092-2003）要求，且梁體豎向剛度滿足《地鐵設(shè)計規(guī)范》［13］（GB 50157-2013）的撓跨比限值1/2000。

2.2 應力分析

以1#梁為例進行應力分析。將測得的混凝土應變增量，換算成混凝土應力增量。且彈性模量按照規(guī)范取值（C55混凝土）。換算后的應力增量見表3。

由表3可以得知：試驗荷載作用下，跨中截面混凝土縱、橫向應力增量校驗系數(shù)為0.67～0.89，所有測點校驗系數(shù)不大于1.0，參照《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》［14］（JTG/T J21-2011），梁體應力校驗系數(shù)滿足要求。

試驗結(jié)果顯示2#梁，3#梁應力分析結(jié)果相似，均能滿足設(shè)計要求。

2.3 抗裂性分析

抗裂性試驗主要通過在加載到設(shè)計荷載1.2時，觀測梁體是否出現(xiàn)裂縫以及裂縫的寬度限值是否滿足規(guī)范要求。裂縫觀測采用光學顯微鏡。本文試驗的裂縫觀測和抗裂性分析結(jié)果整理見表4。

依據(jù)規(guī)范［15-16］和規(guī)范［13］中關(guān)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫寬度限值規(guī)定，橫向彎曲狀態(tài)下的縱向裂縫寬度均小于0.2 mm，先張法U型梁滿足鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗裂性要求。

3 結(jié) 論

（1）1.0倍活載作用下，先張法U型梁跨中道床板的實測最大撓度11.04 mm，撓跨比最大值為1/2600，梁體豎向剛度滿足規(guī)范要求。

表3 試驗荷載作用下跨中截面混凝土縱、橫向應力增量單位：MPa

表4 先張法U 型梁抗裂性分析

（2）試驗荷載作用下，跨中截面混凝土縱、橫向應力增量校驗系數(shù)為0.67～0.89，所有測點校驗系數(shù)不大于1.0，梁體應力校驗系數(shù)滿足評定規(guī)程的計要求。

（3）在K=1.0倍活載以及K=1.2倍設(shè)計荷載作用下，主梁和道床板最大裂縫均小于0.2 mm，滿足鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗裂性要求。

（4）先張法預制U型梁的綜合力學性能達到已經(jīng)廣泛使用的后張法U型梁的力學性能指標，滿足設(shè)計和相關(guān)規(guī)范要求。

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Static Load Test of Pre－tensioned Pre－casted U－Beam in Rail transit

TAN Chenglong1，SONG Yumin2，SHEN Zheliang3
（1.No.3 Engineering Co.，Ltd.of CCCC Third Harbor Engineering Co.，Ltd.，Nanjing，Jiangsu 210004，China；2.College of Urban Railway Transportation，Shanghai University of Engineering Science，Shanghai 201620，China；3.Department of Bridge Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China）

Bridge’s static load test is an important means of inspecting its overall mechanical performance，and is also effective measure to check its quality，and also is a necessary process of its completion and acceptance.At the same time，the results is the most direct and effective way to assess bridge load grade operations.This research taken the pre -tensioned pre－casted U shaped beam in Qingdao rail transport as an example，static load tests were carried out for parts of pre－tensioned pre－casted U－beam according to a certain proportion.The mechanical properties of U－beam were analyzed and assessed according to rigidity，stresses and crack width，all experimental results could meet the relevant specifications，and can promote the use of pre－tensioned pre－casted U－beam in the future.

rail transit；pre－tensioned method；U shaped beam；static load test；mechanical properties

U441.2

A

1672—1144（2016）05—0085—04

10.3969/j.issn.1672-1144.2016.05.016

2016－04－03

2016－04－21

譚程龍（1978—），男，江蘇南京人，高級工程師，主要從事鐵路、地鐵、橋梁施工技術(shù)與科研。E－mail：tcl202@sohu.com。

宋郁民（1976—），男，河南澠池人，工學博士，講師，主要從事橋梁結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)動力學的教學與科研。E－mail：song－yumin@163.com。