軌道交通U型梁承載能力靜載試驗(yàn)及評(píng)定分析

劉 博

(中鐵十四局集團(tuán)第五工程有限公司,山東 兗州 272117)

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軌道交通U型梁承載能力靜載試驗(yàn)及評(píng)定分析

劉 博

(中鐵十四局集團(tuán)第五工程有限公司,山東 兗州 272117)

結(jié)合某城市軌道交通U型梁工程實(shí)例，開(kāi)展了U型梁承載能力靜載試驗(yàn)，實(shí)測(cè)了加載過(guò)程中U型梁撓度及應(yīng)變數(shù)據(jù)，分析了其實(shí)際工作狀態(tài)及在設(shè)計(jì)荷載作用下的承載能力，為同類橋梁靜載試驗(yàn)提供了依據(jù)。

U型梁，承載能力，靜載試驗(yàn)，撓度

預(yù)應(yīng)力混凝土U型梁又稱“槽型梁”，與傳統(tǒng)箱梁及T型梁相比，該結(jié)構(gòu)由纖維混凝土底板、腹板和翼緣板組成“U”字形薄壁結(jié)構(gòu)形式，因此具有自重輕，建筑高度低、降噪效果好、行車安全等優(yōu)點(diǎn)。近幾年，被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于我國(guó)城市軌道交通建設(shè)。

雖然U型梁具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但由于其為薄壁開(kāi)口構(gòu)件，結(jié)構(gòu)受力性能復(fù)雜，結(jié)構(gòu)承載能力易受混凝土質(zhì)量、預(yù)應(yīng)力筋布置方式、結(jié)構(gòu)尺寸等影響。為了保證橋梁結(jié)構(gòu)的使用安全，通過(guò)試驗(yàn)方法研究U型梁實(shí)際承載能力也愈發(fā)重要。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于傳統(tǒng)橋梁結(jié)構(gòu)承載能力研究常采用靜載試驗(yàn)方法，且試驗(yàn)方法已較為成熟。U型梁由于其結(jié)構(gòu)及受力形式特殊，其靜載試驗(yàn)荷載布置、加載方式等不能簡(jiǎn)單套用傳統(tǒng)橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方式。

本文依托濟(jì)南市軌道交通R1線預(yù)制U型梁工程，進(jìn)行了U型梁承載能力靜載試驗(yàn)，介紹了其靜載試驗(yàn)方法，實(shí)測(cè)了加載過(guò)程中U型梁撓度及應(yīng)變數(shù)據(jù)，分析了其實(shí)際工作狀態(tài)及在設(shè)計(jì)荷載作用下的承載能力，為同類橋梁靜載試驗(yàn)提供重要參考依據(jù)。

1 工程概況

濟(jì)南市軌道交通R1線高架橋采用整孔預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土U型簡(jiǎn)支梁，梁場(chǎng)進(jìn)行成品梁預(yù)制。U梁分直線梁和曲線梁，本次試驗(yàn)為30 m跨徑5.17 m等寬直線梁。跨中梁高1.8 m，支點(diǎn)梁高1.94 m。U梁梁體混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C55，預(yù)應(yīng)力束為1 860 MPa級(jí)φs15.2高強(qiáng)度低松弛鋼絞線。U梁尺寸及鋼束布置如圖1所示。列車荷載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)標(biāo)B型車，列車編組為6輛，車輛最大軸重140 kN，最小軸重78 kN。最大時(shí)速：100 km/h。撓度要求：撓度值f≤L/2 000。

2 靜載試驗(yàn)內(nèi)容

2.1 試驗(yàn)荷載確定原則

根據(jù)TB/T 2092—2003預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡(jiǎn)支梁靜載彎曲實(shí)驗(yàn)方法及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，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?？紤]到試驗(yàn)加載圖式不能完全模擬設(shè)計(jì)荷載圖式，加載原則為：試驗(yàn)加載時(shí)必須保證跨中最大彎矩與目標(biāo)設(shè)計(jì)荷載下彎矩相符、支點(diǎn)最大剪力與設(shè)計(jì)列車荷載下剪力近似相等。同時(shí)，由《鐵路橋梁檢定規(guī)范》，剪力加載效率須不小于0.8。

2.2 測(cè)試控制斷面

根據(jù)預(yù)制 U梁的結(jié)構(gòu)分析計(jì)算結(jié)果(Midas Civil 有限元模型見(jiàn)圖2)和相關(guān)規(guī)定，選取跨中斷面進(jìn)行靜力加載測(cè)試，見(jiàn)圖3。

2.3 測(cè)試內(nèi)容及測(cè)點(diǎn)布置

預(yù)制U梁靜載試驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容為：1)跨中斷面相應(yīng)最不利荷載作用下的撓度；2)各加載工況下，支點(diǎn)A，B 處的支座位移；3)跨中斷面相應(yīng)最不利荷載作用下混凝土應(yīng)力。

跨中斷面應(yīng)力測(cè)點(diǎn)和跨中、支點(diǎn)撓度(位移)測(cè)點(diǎn)布置如圖4，圖5所示，撓度及應(yīng)變測(cè)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)圖如圖6所示。

2.4 加載布置方案

試驗(yàn)采用反力架，依據(jù)“跨中彎矩相等且支點(diǎn)剪力近似相等”原則(該原則可減少加載工作量，每一次加載同時(shí)滿足“跨中最大彎矩與設(shè)計(jì)荷載彎矩相等、支點(diǎn)最大剪力與設(shè)計(jì)荷載剪力近似相等”條件)進(jìn)行加載。擬采用5個(gè)加載點(diǎn)，中心間距5.5 m，試驗(yàn)U梁槽內(nèi)布設(shè)橫向分配梁和縱向分配梁，實(shí)現(xiàn)縱向和橫向加載力的傳遞。1.0倍設(shè)計(jì)荷載在底板上加載，1.0倍～1.2倍的荷載在腹板上進(jìn)行加載。U梁的加載縱向布置如圖7所示，加載點(diǎn)橫向布置如圖8所示。現(xiàn)場(chǎng)加載如圖9所示。

2.5 試驗(yàn)荷載工況及加載值

工況1：二期荷載加載。

工況2：正常使用階段(彈性階段)，在列車活載最不利加載情形下，滿足跨中彎矩最大和支點(diǎn)剪力最大，K=1.0 倍主力內(nèi)力值加載。

工況3：正常使用階段(開(kāi)裂階段)，在列車活載最不利加載情形下，滿足跨中彎矩最大和支點(diǎn)剪力最大，K=1.2 倍主力內(nèi)力值加載。

依據(jù)設(shè)計(jì)荷載內(nèi)力值，計(jì)算得出反力架加載值，見(jiàn)表1。

2.6 加載步驟

靜載彎曲試驗(yàn)加載程序應(yīng)分兩個(gè)階段進(jìn)行，預(yù)加載(第一循環(huán))和正式加載(第二循環(huán))。

1)加載前，用40倍放大鏡在梁體兩側(cè)跨中區(qū)段下翼緣及梁底面仔細(xì)查找裂紋。對(duì)初始裂紋(表面收縮裂紋及表面損傷裂紋)及局部缺陷，按規(guī)定的方法用藍(lán)色鉛筆標(biāo)記。

表1 加載荷載值匯總表

2)試驗(yàn)加載程序應(yīng)分階段進(jìn)行，即預(yù)加載(第一循環(huán)，工況1)和正式加載(第二循環(huán)，工況2和工況3)。

3)第一循環(huán)預(yù)加載。

初始狀態(tài)→0.60→0.80→1.00→0.60→初始狀態(tài)

3 min3 min20 mim1 min10 min

4)第二循環(huán)正式加載。

初始狀態(tài)→0.60→0.80→靜活載→1.00→1.10→

3 min3 min3 mim3 min5 min

→1.20→1.10→1.00→靜活載→0.6→初始狀態(tài)

20 min1 min1 mim1 min1 min

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)3 kN/s。

3 靜載試驗(yàn)結(jié)果

1)撓度。在靜載彎曲試驗(yàn)預(yù)加載(第一循環(huán))時(shí)，當(dāng)加載等級(jí)為1.0級(jí)時(shí)，梁體跨中撓度最大值為7.09 mm；在正式加載(第二循環(huán))時(shí)，當(dāng)加載到靜活載級(jí)時(shí)，梁體跨中撓度最大值13.99 mm，當(dāng)加載等級(jí)為1.2級(jí)時(shí)，梁體跨中撓度最大值為17.51 mm。

2)裂縫。第一循環(huán)加載結(jié)束時(shí)，梁體跨中底板及腹板下側(cè)未出現(xiàn)明顯受力裂紋；第二循環(huán)加載結(jié)束時(shí)，梁體跨中底板及腹板下側(cè)未出現(xiàn)明顯受力裂紋。

3)混凝土應(yīng)力。在正式加載(第二循環(huán))時(shí)，當(dāng)加載到靜活載級(jí)時(shí)，梁體跨中底面混凝土縱向拉應(yīng)力變化最大為4.51 MPa，兩側(cè)拉應(yīng)力變化最大為2.23 MPa，梁頂壓應(yīng)力變化最大為6.52 MPa；當(dāng)加載等級(jí)為1.2級(jí)時(shí)，梁體跨中底面混凝土縱向拉應(yīng)力變化最大為3.10 MPa，兩側(cè)拉應(yīng)力變化最大為2.0 MPa，梁頂壓應(yīng)力變化最大為6.95 MPa。

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合濟(jì)南軌道交通R1線U型梁工程，開(kāi)展了U型梁承載能力靜載試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：梁在最大控制荷載(K=1.2)作用下，持荷20 min，梁體下翼緣底部邊角及梁底面未發(fā)現(xiàn)受力裂紋，且在靜活載作用下的撓度為14.65-7.32=7.33 mm，滿足7.33/29 900=1/4 079<1/2 000的設(shè)計(jì)要求，U型梁結(jié)構(gòu)安全可靠。

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[7] TB/T 2092—2003，預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡(jiǎn)支梁靜載彎曲實(shí)驗(yàn)方法及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].

Static load test and carrying capacity evaluation analysis of rail transit U-shaped girder

Liu Bo

(TheFifthProjectCo.,LtdofChinaRailway14thBureauGroup,Yanzhou272117,China)

In this paper, according to an urban rail transit U-shaped girder engineering, we conducted a static load test. The deflection and strain values of U-shaped girder, during loading process, were measured. The actual working status and capacity evaluation under design loading were analyzed. This test can be used as an important reference of static load test of the similar bridges.

U-shaped girder, carrying capacity, static load test, deflection

2016-11-21

劉 博(1986- )，男，工程師

1009-6825(2017)04-0190-03

U441.2

A