預(yù)制裝配式防撞墻靜力試驗(yàn)初步研究

陸罡

（上海城投（集團(tuán)）有限公司，上海市 200020）

0 引言

在上海這種交通繁忙的大都市環(huán)境中建設(shè)橋梁，面臨減低對(duì)周圍交通和環(huán)境干擾，快速高效和高質(zhì)量完成橋梁建造的迫切需求，這就要求橋梁建設(shè)積極引進(jìn)新技術(shù)及新工藝，開(kāi)展全預(yù)制拼裝橋梁技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容研究，從而達(dá)到更高效地完成橋梁建設(shè)，加快橋梁的建設(shè)，使上海市公路網(wǎng)規(guī)劃藍(lán)圖得以早日實(shí)現(xiàn)。為了確保預(yù)制防撞墻滿足實(shí)際橋梁所需的防撞能力，有必要對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)研究，為此，采用靜力試驗(yàn)對(duì)該工程預(yù)制防撞墻防撞的性能進(jìn)行研究，校核其防撞能力，探討其破壞模式和機(jī)理，以便為實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)的防撞墻（護(hù)欄）設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)?zāi)康?、方案設(shè)計(jì)和加載工況

1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

本試驗(yàn)依據(jù)試驗(yàn)加載條件，對(duì)加載部位進(jìn)行了局部適當(dāng)調(diào)整，試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)以實(shí)際工程防撞墻為原型，進(jìn)行預(yù)制防撞墻和傳統(tǒng)現(xiàn)澆防撞墻靜力加載試驗(yàn)研究，研究預(yù)制防撞墻的損傷、防撞力及最終破壞模式，并與傳統(tǒng)現(xiàn)澆防撞墻的力學(xué)行為和防撞墻進(jìn)行比較，具體試驗(yàn)研究目的如下：

（1）比較傳統(tǒng)防撞墻和預(yù)制防撞墻的破壞模式和最終防撞能力等；

（3）通過(guò)試驗(yàn)研究結(jié)果，分析破壞模式及原因，為設(shè)計(jì)提供更加合理、經(jīng)濟(jì)、有效的構(gòu)造細(xì)節(jié)建議以改善預(yù)制防撞墻的力學(xué)性能。

1.2 試件方案設(shè)計(jì)和試驗(yàn)內(nèi)容

擬定開(kāi)展4個(gè)試件的試驗(yàn)研究，其中兩個(gè)為現(xiàn)澆防撞墻，另兩個(gè)為預(yù)制防撞墻，試件模型見(jiàn)圖1和圖2，四個(gè)試件長(zhǎng)度均為4 m。

圖1 試件模型圖

（1）試件1和2：傳統(tǒng)現(xiàn)澆防撞墻和預(yù)制防撞墻對(duì)稱均布加載試驗(yàn)，用于探討兩類防撞墻在均布加載條件下的損傷部位、破壞機(jī)理和防撞能力等方面的差異；

（2）試件3和4：傳統(tǒng)現(xiàn)澆防撞墻和預(yù)制防撞墻偏載加載試驗(yàn)，用于探討兩類防撞墻在偏載加載條件下的損傷部位、破壞機(jī)理和防撞力等方面的差異。

圖2 加載位置示意圖（單位：mm）

1.3 加載工況

千斤頂頂緊防撞墻，之后逐漸加大頂推力向外側(cè)推，直至防撞墻分級(jí)加載至嚴(yán)重破壞，期間要保證千斤頂與墻面接觸位置不發(fā)生局部受壓破壞。加載點(diǎn)根據(jù)試件不同，加載位置分別為作用于一片預(yù)制防撞墻中心位置（集中加載，至設(shè)計(jì)荷載43 t），隨后單點(diǎn)偏載加載，直至防撞墻嚴(yán)重破壞。另一種加載方式是采用四點(diǎn)加載（模擬均布加載），四點(diǎn)均布加載直至破壞。

圖3 加載位置示意圖（單位：mm）

加載方式的分級(jí)情況如下：（1）預(yù)壓緊至10 kN；

圖6為稀土開(kāi)采持續(xù)圖斑。從圖中可看到，2017年2月衛(wèi)星影像上，雖然由于分辨率不高，灌水池的形態(tài)不是特別清楚，但能確定有一大一小兩個(gè)灌水池存在，且有水，說(shuō)明是使用中的灌水池；2017年8月的無(wú)人機(jī)影像上，一大一小兩個(gè)灌水池形態(tài)特別清晰，可見(jiàn)進(jìn)水水管，周圍山體也鋪設(shè)水管。因此，解譯該圖斑為持續(xù)圖斑。

（2）加載至規(guī)范設(shè)計(jì)撞擊力的1/4；

（3）加載至規(guī)范設(shè)計(jì)撞擊力的1/2；

（4）加載至規(guī)范設(shè)計(jì)撞擊力的3/4；

（5）加載至規(guī)范設(shè)計(jì)撞擊力；

（6）加載至規(guī)范設(shè)計(jì)撞擊力的1.5倍；

（7）加載至規(guī)范設(shè)計(jì)撞擊力的2倍；

（8）加載至規(guī)范設(shè)計(jì)撞擊力的2.5倍；

（9）每次累加0.5倍的規(guī)范設(shè)計(jì)撞擊力，直至破壞。

每級(jí)加載后穩(wěn)定5 min，記錄所有測(cè)試數(shù)據(jù)后，繼續(xù)加載，并全程記載加載的力——位移曲線，直至破壞，破壞情況包括如下3種：

（1）防撞墻墻背側(cè)混凝土受壓破碎；

（2）防撞墻墻前側(cè)連接錨栓受拉斷裂或底座破壞；

（3）千斤頂無(wú)法繼續(xù)施加荷載，但相對(duì)位移不斷加大。

2 數(shù)據(jù)采集和測(cè)試內(nèi)容

2.1 數(shù)據(jù)采集

（1）加載力數(shù)據(jù)采集

采用測(cè)力傳感器測(cè)試千斤頂施加的荷載值，并確保千斤頂與防撞墻之間可靠接觸，且與千斤頂油表讀數(shù)進(jìn)行校核。

（2）關(guān)鍵部位應(yīng)變片布置和數(shù)據(jù)采集

在預(yù)制防撞墻的全部錨栓上布置鋼筋應(yīng)變片，在防撞墻豎向和橫向受力主筋上布置鋼筋應(yīng)變片，在豎向上應(yīng)變片分別設(shè)置于防撞墻根部、截面突變部和二者之間部位，在豎向和橫向位置交叉的點(diǎn)處布置防撞墻豎向和橫向受力主筋上布置鋼筋應(yīng)變片。在防撞墻根部和截面突變處的前后側(cè)混凝土上布置混凝土應(yīng)變片，采用應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)采集混凝土應(yīng)變、縱向預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)變和橫向鋼筋應(yīng)變的變化規(guī)律。注意要對(duì)應(yīng)變進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

（3）位移計(jì)布置和數(shù)據(jù)采集

測(cè)試千斤頂作用位置處以及關(guān)心部位的變形，測(cè)試所有鋼筋應(yīng)變測(cè)試點(diǎn)附近位置的位移情況，要求兩側(cè)防撞墻分別獨(dú)立進(jìn)行測(cè)試。

應(yīng)變片和位移計(jì)等的布置見(jiàn)圖4、圖5。

3 試驗(yàn)試件加工制作

四片測(cè)試防撞墻試件分別包括兩個(gè)現(xiàn)澆防撞墻和兩個(gè)預(yù)制防撞墻，測(cè)試試件制作在實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行加工制作，其中預(yù)制防撞墻在預(yù)制構(gòu)件廠加工制作，其中在制作過(guò)程中，對(duì)其受力部位的鋼筋布置了應(yīng)變片，澆筑養(yǎng)護(hù)完成后，運(yùn)到試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，安裝在加載測(cè)試的底座上?，F(xiàn)澆防撞墻直接在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的加載底座上搭設(shè)支架，綁扎鋼筋，現(xiàn)澆、養(yǎng)護(hù)而成。在綁扎鋼筋過(guò)程中，也對(duì)受力關(guān)鍵部位的鋼筋上布置了應(yīng)變片，見(jiàn)圖6。

圖4 應(yīng)變片和位移計(jì)的布置圖（單位：mm）

圖5 錨固螺栓應(yīng)變片布置圖（單位：mm）

圖6 預(yù)制防撞墻制作

4 試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果分析

圖7和圖8為現(xiàn)澆防撞墻和預(yù)制防撞墻在單點(diǎn)偏載加載條件下的破壞現(xiàn)象圖，比較兩圖發(fā)現(xiàn)，兩墻最終破壞均由墻身破壞控制，并伴隨底座損傷。但具體破壞細(xì)節(jié)存在一定差異?，F(xiàn)澆防撞墻墻身破壞主要集中在加載點(diǎn)附近，墻身破壞面呈現(xiàn)一個(gè)曲線面，底座也發(fā)生損傷相對(duì)輕微，裂縫以豎向和水平向?yàn)橹?，伴有斜向裂縫。而預(yù)制防撞墻底座損傷嚴(yán)重，主要以豎向和斜向裂縫為主，底座底面也破壞。墻身破壞以一條間于1#和2#加載點(diǎn)之間的主斜裂縫為破壞面。錨固螺栓處墻身墻面混凝土表面發(fā)生損傷。但底座錨固螺栓處沒(méi)有明顯破壞現(xiàn)象。預(yù)制防撞墻墻身與底座之間發(fā)生相對(duì)位移，且是不對(duì)稱的。

圖7 現(xiàn)澆防撞墻破壞現(xiàn)象

圖8 預(yù)制防撞墻破壞現(xiàn)象

5 試驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)對(duì)應(yīng)變片、位移計(jì)及構(gòu)件加載破壞現(xiàn)象等試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明，在不同加載條件下，預(yù)制防撞墻在承載力方面優(yōu)于或與現(xiàn)澆防撞墻相同，試驗(yàn)中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)錨固螺栓損傷。相同荷載作用下，預(yù)制防撞墻的變形大于現(xiàn)澆防撞墻，兩者損傷和破壞模式存在差異，詳細(xì)結(jié)論分述如下：

（1）試驗(yàn)結(jié)果表明，在四點(diǎn)均布加載下，現(xiàn)澆防撞墻最大水平承載力是999.6 kN，預(yù)制防撞墻最大水平承載力是1 236 kN，預(yù)制防撞墻水平承載力大于現(xiàn)澆防撞墻，底座破壞成為防撞墻體系最終的破壞控制因素。

（2）從變形看，四點(diǎn)均布加載條件下，現(xiàn)澆防撞墻破壞時(shí)位移為10.4 mm，預(yù)制防撞墻位移為42.3 mm。由于構(gòu)造原因，預(yù)制防撞墻底部螺栓與預(yù)留孔存在間隙，預(yù)制防撞墻變形大于現(xiàn)澆防撞墻，預(yù)制防撞墻相對(duì)于底座發(fā)生相對(duì)位移。此外，預(yù)制防撞墻在荷載很小的情況下，拼裝交接面處就出現(xiàn)裂縫。

（3）單點(diǎn)對(duì)稱加載試驗(yàn)表明，在430 kN時(shí)，現(xiàn)澆防撞墻和預(yù)制防撞墻均有裂縫，發(fā)生輕微損傷，預(yù)制防撞墻損傷相對(duì)較嚴(yán)重一些。

（4）單點(diǎn)偏載加載情況下，現(xiàn)澆防撞墻和預(yù)制防撞墻最大水平承載力分別是613.0 kN和591.9 kN，兩者水平承載力基本相同，最終破壞模式為墻身破壞，并伴有底座損傷。

（5）從變形看，單點(diǎn)偏載加載條件下，現(xiàn)澆防撞墻破壞時(shí)位移為4.519 mm，預(yù)制防撞墻位移為58.594 mm。由于構(gòu)造原因，預(yù)制防撞墻底部螺栓與預(yù)留孔存在間隙，預(yù)制防撞墻變形大于現(xiàn)澆防撞墻，預(yù)制防撞墻相對(duì)于底座發(fā)生相對(duì)位移，且相對(duì)底座發(fā)生扭轉(zhuǎn)。預(yù)制防撞墻在荷載很小的情況下，拼裝交接面處出現(xiàn)裂縫。

[1]王小龍.公路橋梁施工新選擇[J].工程機(jī)械與維修,2015(6)：126.

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