預(yù)制后張法簡(jiǎn)支T(箱)梁靜載試驗(yàn)

郭 欣，劉九亞，王繼峰

(中交二公局第一工程有限公司)

1 試驗(yàn)荷載

試驗(yàn)荷載的確定原則為:對(duì)試驗(yàn)T(箱)梁施加試驗(yàn)荷載，梁體跨中截面受拉應(yīng)力等于使用階段在設(shè)計(jì)荷載作用下跨中截面受拉應(yīng)力。由于進(jìn)行靜載試驗(yàn)的T(箱)梁預(yù)應(yīng)力損失未完成，試驗(yàn)荷載必須考慮未完成的預(yù)應(yīng)力損失對(duì)梁體承載力的補(bǔ)償作用。

2 加載方式

靜載試驗(yàn)采用分級(jí)加載，在每一加載工況中，試驗(yàn)荷載逐級(jí)遞增加載到最大荷載，然后逐級(jí)遞減卸載，并隨時(shí)觀(guān)測(cè)每級(jí)荷載作用下梁體變形及裂縫變化情況;在實(shí)際操作中可以采用均勻配重加載和千斤頂反力裝置加載兩種方式進(jìn)行試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)內(nèi)容

(1)試驗(yàn)前T梁外觀(guān)檢查;(2)撓度觀(guān)測(cè)，撓跨比計(jì)算;(3)試驗(yàn)梁的裂縫觀(guān)測(cè)。

4 工程實(shí)例

4.1 靜載試驗(yàn)加載設(shè)備

吳堡梁場(chǎng)采用千斤頂反力加載，試驗(yàn)加載裝置由地錨、加載橫梁(2I80a型鋼)及精軋螺紋鋼拉桿組成。地錨采用直徑2m，長(zhǎng)6m的灌注樁，根據(jù)加載點(diǎn)分布位置，總計(jì)布置10個(gè)錨固點(diǎn)。

4.2 靜載試驗(yàn)準(zhǔn)備工作

(1)確定靜載試驗(yàn)的試驗(yàn)梁，按不同梁型計(jì)算各基數(shù)級(jí)的加載荷載值;

(2)標(biāo)定加載千斤頂、油表以及測(cè)量豎向位移的百分表(撓度測(cè)量);

(3)安裝靜載試驗(yàn)鑄鋼支座，試驗(yàn)梁吊裝就位;

(4)安裝反力架及加載千斤頂，檢查油泵、千斤頂是否能正常工作，油管是否漏油;

(5)安裝測(cè)量豎向位移的百分表，并檢查百分表是否有效。

4.3 靜載試驗(yàn)各級(jí)加載荷載計(jì)算

根據(jù)中鐵設(shè)計(jì)咨詢(xún)集團(tuán)有限公司提供的通橋(2005)2201靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，梁體自重力矩Mz=5547.52kN·m，道碴、線(xiàn)路產(chǎn)生的力矩Md=6657.28kN·m，活載力矩(包括沖擊)Mh=8468.13kN·m，5點(diǎn)加載跨中撓度修正系數(shù)Ψ=1.0409，直線(xiàn)中梁設(shè)計(jì)跨中抗裂安全系數(shù)kf=1.27，設(shè)計(jì)撓跨比f(wàn)/L=1/2304。

場(chǎng)靜載試驗(yàn)采用集中荷載5點(diǎn)加載法，跨中設(shè)1集中荷載，其余左右對(duì)稱(chēng)布置，各荷載縱向間距均為4m。

4.3.1 計(jì)算基數(shù)級(jí)下加載荷載

(1)等效力臂計(jì)算

跨中彎矩M=RL/2‐ΣPX

式中:P為各加載點(diǎn)所加載的集中荷載，L為計(jì)算跨度，R為支座反力，X為各加載點(diǎn)至跨中距離。

(2)加載設(shè)備和人員對(duì)跨中彎矩計(jì)算

加載設(shè)備包括加載千斤頂，找平細(xì)砂層，鋼墊板，橫梁馬凳以及試驗(yàn)觀(guān)察員;

加載設(shè)備和試驗(yàn)人員對(duì)梁體跨中彎距Ms=41.99kN·m

(3)預(yù)應(yīng)力損失補(bǔ)償彎矩計(jì)算

未完成的預(yù)應(yīng)力損失=88.37MPa

式中:混凝土收縮徐變與鋼筋松弛應(yīng)力損失值(MPa);η1，η2收縮徐變與松弛損失完成率。

本例η1=0.409、η2=0.908;=12.74MPa;=146.05MPa

未完成預(yù)應(yīng)力損失補(bǔ)償彎矩:

式中:跨中截面預(yù)應(yīng)力鋼筋及普通鋼筋截面積(全預(yù)應(yīng)梁=0);W0對(duì)跨中凈截面下緣換算截面抵抗矩，A0跨中凈截面換算截面面積，e0跨中截面預(yù)應(yīng)力合力中心至換算截面中心距離;

本例中0.0119，=0，W0=0.9569465，A0=1.4792，e0=1.2018

計(jì)算得=1944.03kN·m

(4)基數(shù)級(jí)加載荷載

基數(shù)級(jí)下荷載跨中彎矩為:

=6657.28+1944.03-41.99=8559.32kN·m

則基數(shù)級(jí)加載荷載為:P=Mka/α=8559.32/28=306kN

4.3.2 計(jì)算靜活載級(jí)下加載荷載

由設(shè)計(jì)參數(shù)可知沖擊系數(shù)1+μ=1.1935

活載對(duì)跨中彎矩(包括沖擊效應(yīng))Mh=8468.12kN·m

靜活載級(jí)對(duì)跨中彎矩為=15658.21kN·m

則靜活載級(jí)加載荷載為P=Mkb/α=15658.21/28=559.2kN

4.3.3 計(jì)算各加載級(jí)下加載荷載

式中:Mz、Md、Mh、Mf、△Ms分別為結(jié)構(gòu)自重、線(xiàn)路道碴、活載、防水層產(chǎn)生的跨中彎矩及未完成預(yù)應(yīng)力損失的補(bǔ)償彎矩，kN·m。

經(jīng)過(guò)計(jì)算匯總可得靜載試驗(yàn)各級(jí)加載荷載如表1。

4.4 靜載試驗(yàn)加載

靜載試驗(yàn)以加載系數(shù)K標(biāo)示加載等級(jí)，加載系數(shù)K是加載試驗(yàn)中梁體跨中承受彎矩與設(shè)計(jì)彎矩之比。以試驗(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。

表1 各等級(jí)加載荷載表

依據(jù)鐵道部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TB/T2092-2003規(guī)定，試驗(yàn)梁的加載分兩個(gè)循環(huán)進(jìn)行:

第一加載循環(huán) 初始狀態(tài)→基數(shù)級(jí)→k=0.6級(jí)→k=0.8級(jí)→靜活載級(jí)→k=1.0級(jí)→靜載活載級(jí)→k=0.6級(jí)→基數(shù)級(jí)→初始狀態(tài)

第二加載循環(huán)

初始狀態(tài)→基數(shù)級(jí)→k=0.6級(jí)→k=0.8級(jí)→靜活載級(jí)→k=1.0級(jí)→k=1.05級(jí)→k=1.10級(jí)→k=1.15級(jí)→k=1.20級(jí)→k=1.10級(jí)→靜活載級(jí)→k=0.6級(jí)→基數(shù)級(jí)→初始狀態(tài)

4.5 試驗(yàn)結(jié)果分析

各級(jí)加載荷載作用下，梁端支座及跨中豎向位移數(shù)據(jù)及撓度見(jiàn)表2。

表2 靜載試驗(yàn)豎向位移及撓度記錄表

(1)第一加載循環(huán)中，基數(shù)級(jí)Ka跨中撓度實(shí)測(cè)值fka=13.38mm;靜活載級(jí)Kb跨中撓度實(shí)測(cè)值fkb=24.58mm

靜活載荷載撓跨比為:

第二加載循環(huán)中，基數(shù)級(jí)Ka跨中撓度實(shí)測(cè)值fka=13.47mm，靜活載級(jí)Kb跨中撓度實(shí)測(cè)值fkb=25.40mm

靜活載荷載撓跨比為:

以?xún)蓚€(gè)荷載循環(huán)作用計(jì)算靜活載級(jí)作用下的試驗(yàn)梁實(shí)測(cè)撓跨比為:

Ψ×f實(shí)測(cè)/L=1/2658≤1.05f設(shè)計(jì)/L=1/2194，梁體撓跨比合格。

(2)梁體在K=1.20加載等級(jí)下持荷20min，在10倍放大鏡觀(guān)測(cè)下，梁體下緣底部邊角及底部未發(fā)現(xiàn)受力裂縫，梁體抗裂性合格。

(3)靜載試驗(yàn)靜載級(jí)作用下的實(shí)測(cè)撓跨比合格且抗裂性合格，則可判斷梁體靜載試驗(yàn)合格。

4.6 靜載試驗(yàn)注意事項(xiàng)

(1)支座高差控制在2mm內(nèi)，鑄鋼支座與試驗(yàn)梁體連接牢固后，將支座連接螺栓松開(kāi);

(2)千斤頂安裝在梁體腹板中心，避免偏心加載;

(3)測(cè)量撓度的支架須牢固，穩(wěn)定且不受試驗(yàn)臺(tái)座變形影響;

(4)在梁體加載前用有色鉛筆將非結(jié)構(gòu)受力裂縫提前標(biāo)識(shí);

(5)撓度測(cè)量百分表應(yīng)在持荷即將結(jié)束前讀數(shù)，且應(yīng)在同一時(shí)間內(nèi)完成;

(6)當(dāng)持荷期間油壓下降時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)油持壓;

(7)試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)對(duì)梁體進(jìn)行一次全面檢查，并做好詳細(xì)的試驗(yàn)記錄。

[1] TB/T2092-2003預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡(jiǎn)支梁靜載彎曲試驗(yàn)方法及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[M].中國(guó)鐵道出版社，2003.

[2] 公路橋涵靜載試驗(yàn)和結(jié)構(gòu)評(píng)定[M].北京:人民交通出版社，2002.