公路桥梁 企业科技与发展 2011年第7期(总第301期) Highway&Bridge Enterprise Science And Technology&Development NO.7,201 1(Cumulatively NO.301) 城际铁路单箱双室预制箱梁静载试验研究 梁佶 (中铁二十五局集团建筑安装工程有限公司,广东广州510600) 【摘要】文章以海南东环铁路万宁制粱场整孔箱梁静栽试验为基础,对城际铁路单箱双室新型预制粱体静栽弯曲 试验和粱端静载试验进行阐述,重点对静栽加栽形式、试验测点布置和测试结果进行了描述,最终通过应力应变 实测值与理论值的比较,提出试验结论和建议,并对单箱双室整孔箱梁的设计、施工工艺、施工质量以及箱梁的 抗裂性能、粱端受力J洼能进行验证。 【关键词】域际铁路;单箱双室;预制箱梁;静载试验 【中图分类号]U455.4 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688(201 1)07-0033 ̄06 Study on Citv Express Railway’S Simple—box Double—eell Prefabricated Box Girder Static Loading Experiment LIANGJi (Consturction Installation Engineering Co.,Ltd.Of China Railway 25th Bureau Group,Guangzhou Guangdong 510600) 【Abstract】Based on the Wanning Girder—fabricating Plant’s full span box girder static loading experiment,this article elab- orates city express railway’s simple—box double—cell prefabricated girder static loading and bending experiment as well as beam ends static loading experiment.This article pays special efforts on describing static loading forms,the arrangement of measured points and test result.At last,through comparing the measured value and theoretical value of stress—strain,this arti— cle brings up the conclusion and advice and verifies the design,construction technology,construction quality of simple—box double-cell full span box igrder as well as its anti-cracking ability and beam ends stress—carrying capacity. 【Key Words】city express railway;simple~box double cell;prefabricated box girder;static loading experiment 桥梁静载弯曲试验是检测桥梁结构性能的重要手段,也是 顶板宽度为12.2 m,桥梁建筑总宽12.48 m,桥面设“V”形 检验梁体抗裂性及刚度的常规方法。铁路预制箱梁作为国家实 排水坡;箱梁底板宽度为6.5 m,梁端设端隔墙,梁体截面轮 施生产许可制度的重要工业产品之一,具有长寿命、高耐久、 廓如图1所示。梁体混凝土采用C50高性能耐久性混凝土, 不易更换的特殊性能,对其结构性能要求100%合格。为最大 预应力筋采用高强度、低松弛钢绞线,锚固体系采用自锚式拉 限度保证预制箱梁结构性能达到100%合格的要求,施工时必 丝体系。 须对箱型简支梁进行静载试验。试验遵循“内力图相似,跨中 内力值相等”的荷载布置原则。 2加载形式 在海南东环铁路建设中,首次采用了单箱双室预制箱梁, 加载采用箱型自平衡式静载试验架,其基本原理是由加 其结构为大圆弧翼缘板、大斜腹板,比单箱单室整孔箱梁截面 载千斤顶产生的荷载作用在试验梁顶和试验架加载横粱上, 尺寸更小,具有经济适用的特点。单箱双室预制箱梁的静载试 通过试验架承载钢箱梁、拉杆和下横梁传至盆式支座上,实 验则比既有客专单箱单室整孑L箱梁更加烦琐。 现自平衡。 1工程概况 自平衡式静载试验架主要由下横梁、加载横梁、承载钢箱 梁、传力拉杆组成,承载钢箱梁采用高强度螺栓组装连接,如 海南东环铁路DHZQ一3标万宁制梁场承担着DK137+835 图2所示。 ~DK196+410.5段22座(特)大、中桥550孔箱梁(其中32 m箱梁522孔,24Ill箱梁28孔)的设计、预制任务,截面类 3试验梁基本情况 型为单箱双室,梁端顶板、底板及腹板局部向内侧加厚。该粱 2008年l2月13—14目,按TB 2092--2003(颥应力混凝 全长32.6 m或24.6 m,跨度为31.5 m或23.5 m,横桥向支座 土铁路桥简支粱静载弯曲试验方法及评定标 在万宁制梁场 中心距为5.6 m,梁高为2.5 m,挡碴墙根部内侧净宽9.0 I/1, 分别对JAW32ZS一011 试验箱梁进行了静载弯曲试验及梁端受 【作者简介】梁佶(1977一),湖南长沙人,本科,中铁二十五局集团建筑安装工程有限公司项目经理,研究方向:桥梁。 I 350 15Ql,OO 4 500 4 500 1QQ1 50 l 350 l l— 。 1 855 2% 一.堂 i l』 。 o% 。『n‘ U l ∞J ∞ 擘 监 入 \6o0 { 2 269 Tl 600 2 6o6 2O) U_鲁 薰 一l 委l I\ !1用 /\ 350… 1n苎 \ / 620 1 959 271 0 24(/ IDD委 愿检查孔IJ 1 1nn l 。5 600/2 一 "///////// ̄. /// i0 、、、 曼 一 1 300古 rh 座 450 71 1 959 620 2 850 6 500/2 6 500/2 2 850 图1梁体截面轮廓图(单位:mm) 承载钢箱梁 j l I , /7传力拉杆/ / f 加载横粱l J \ 、 圜 :± 。。。。。。。。。。。。。。。‘— ——— ’—一 精扎螺纹钢 l Il } l、 \ 『 7 75n P 4 000 P 4 000 P 4 OOO P 4 OOO P 31 500 。 7 750 \ } / 凇 I横 7 图2纵向侧立面(单位:mm) 力性能试验,并对JAW32ZS一01 试验箱梁进行了梁端受力性 能试验。两孔试验箱梁预制资料见表1。 表1试验箱梁预制资料表 表2梁体称重试验结果 兰 JAW32ZS 0lO 粱别 横桥向支座中心距(珥) 灌筑日期 预、初张日期 终张日期 JAW32ZS 01 I 直线、无声屏障 5.6 2008年l0月28日 2008年u月1日 2008年1i月I1日 57.6/43.7 直线、无声屏障 5.6 2008年10月26日 2008年10月3O日 2008年11月1O日 4加载图示及荷载计算 4.1静载弯曲试验 万宁制梁场对JAW32ZS—O11 整孑L箱梁进行了静载弯曲试 验。静载弯曲试验采用15点加载,加载点作用于箱梁腹板顶 面中心,加载图式如图3所示。试验加载的跨中弯矩与设计值 一终张时混凝土强度/弹模 (UPa/GPa) 58.9/43.6 试验日期,距终张时间(d) 2008年12月14日,(34) 2008年12月13日,(32) 致,试验梁的加载荷载值见表3。 为考察试验箱梁的自重情况,并为试验加载荷载的确定提 供参考数据,在开展静载试验之前对箱梁进行了称重试验。 “通桥(2008)2224A—I”(直线、无声屏障)32m箱梁设计 混凝土用量为264.17 m,(含后浇梁端隔墙),容重r=26 kN/ m,。据此,计算得梁重设计值为687 t(不含挡碴墙及防水层 保护层)。两孔试验箱梁梁体称重试验结果见表2。根据称重 时4个支座的受力情况,采用0.5mm及1.0mm厚度的镀锌钢 板组合调整支座高度,确保4个支座高度一致、受力均匀,为 后续静载试验工作做好准备。 34 表3试验加载荷载值 加载等级(K值) 基数级(Ka) O.70 O 80 静活载级(Kb) 1.0O Pk(kN) 301 347 430 562 595 加载等级(K值) 1.05 1.10 1.15 1.2O { Pk(kN) 636 677 719 760 } 注:pk为单个加载点荷载值。 试验梁的加载分2个循环进行,试验梁静载弯曲试验的加 载流程如下: 第一循环预加载的最大试验荷载加至使用状态设计荷载 值,即Kf=1.00级:初始状态一基数级(静停3 min)— .7(静 停3 min)—+0.8(静停3 min)一静活载级(静停3 min)一1.0(静停 20 min)一静活载级(静停1 arin)—÷o.7(静停1 rain)一基数级(静 停1 min)一初始状态(静停10 min)。 第二循环加载的最大试验荷载加至抗裂检验荷载,即 Kf=1.2级:初始状态一基数级(静停3 min)一0.7(静停3 min) "0.8(静停3 min)一静活载级(静停3 min)一1.0(静停5 arin)一 1.O5(静停5 arin)-'- ̄1.10(静停5 min)---+1.15(静停5 min)一1.20 (静停20 min)一1.10(静停1 min)一静活载级(静停1 min)—+o.7 (静停1 min)一基数级(静停1 min)一初始状态。 4.2梁端静载试验 制梁场对JAW32ZS一010 、JAW32ZS一01 1 整孔箱梁进行 了梁端静载试验。试验梁的梁端静载试验采用纵向6排加载方 式,其中跨中5排的横向每排采用3点加载,运营最大支反力 工况梁端1排横向每排采用3点加载,架梁最大支反力工况梁 端l排横向每排采用2点加载,加载图式如图4所示。试验时 加载程序按先跨中加载持荷,后梁端分级加载程序进行;试验 梁的加载荷载见表4和表5。 (a)运营工况梁端加载图 (b)架梁工况粱端加载图 运营工况:3Pj 架 (C)水平方向加载图 图4梁端受力性能静载试验加载图式(单位:mm) 表4梁端受力性能静载试验加载荷载表 l 工况 Pk(1【N)(单点荷载值) P,i(kN)(单点荷载值) I运营工况(粱端3 A/Jn ̄) 594.8 7l3.1 I架梁工况(梁端2点加载) 594.8 2 747.8 表5梁端受力性能静载试验加载分级加载表 加载 运营工况(kN) 加载 架粱工况(kN) 分级 (粱端3点加载) 分级 (梁端2点加载) P31级 ll5.8 Pj1级 274.t Pj2级 235.3 P32级 546.5 Pj3级 354.8 Pj3级 821.7 Pj4级 474.3 Pj4级 l 096.9 Pj5级 593.8 P35级 l 372.0 ej6级 7l3.3 Pj6级 l 647.2 P37级 l 922.3 Pj8级 2197.5 Pj9级 2 472.6 Pj1O级 2 747.8 试验梁的梁端受力性能静载试验加载流程如下: (1)跨中加载:0(零级)—加.5 Pk(3 min)—加.8 Pk(3 min)一 Pk级(3 min)。 (2)梁端加载运营工况:O(零级)一Pjl级(3 min)一Pj2级 (3 min)一Pj3级(3 min)一Pj4级(3 min)一Pj5级(3 min)一Pj6 级(20 min)一0(零级)。 (3)梁端加载架梁工况:0(零级)--,Pjl级(3 min)一Pj2级 (3 min)一Pj3级(3 min)一Pj4级(3 min)一Pj5级(3 min)一Pj6 级(3 min)一Pj7级(3 mjn)一Pj8级(3 min)一Pj9级(3 rnjn)一 Pjl0级(20 min)— (零级)。 5测点布置 5.1静载弯曲试验 在对JAW32ZS一01 1 进行静载弯曲试验中,在箱梁的/J4 截面和跨中截面沿截面高度,在跨中截面的底部沿梁体纵向 3 m范围内布置了外贴振弦式应变测点。测点布置如图5和图 6所示 图5’静载弯曲试验跨中截面测点布置图 图6静载弯曲试验跨中截面底部测点布置图 \ 试验中,在梁体两侧布置6个挠度(百分表)测点,测试 (3)根据实测挠度推算,箱梁静载试验时的混凝土弹性模 量为3.91×104 MPa。 , : 梁体在荷载作用下的变形情况。试验中采用15个压力传感器 测试加载力,保证试验荷载的准确施加。 6.1.2跨中下缘混凝土应力 m 啪 伽 枷 o 5-2梁端静载试验 在对JAW32ZS一010#和JAW32ZS一01 1 进行的梁端受力性 JAW32ZS一01 1 试验箱梁第二加载循环加载至1.2倍设计 荷载时,跨中下缘3.0 m范固内应变实测结果如图9所示,实 能静载试验中,在梁端面布置了外贴振弦式应变传感器,测点 测结果表明: 布置如图7所示 图7梁端静载试验梁端面测点布置图 6试验结果 6.1静载弯曲试验 (a)西侧跨中下翼缘 6.1.1跨中挠度 口uu 王蹬1『 f ,静 —-●■一捌点1一谢点2 在对JAw32zs一0l1 进行静载试验过程中跨中挠度实测结 7∞ .1; .; 蕊j_一 —— -测点3 果如图8所示。实测结果表明: (1)试验加载过程中,从基数级开始,荷载与挠度保持了 较好的线性关系,线性相关系数大于0.999 9,说明梁体处于 弹性工作状态。 羹逛至 32∞ 一:- // 0 ,’ 一(2)第一、第二加载循环跨中静活载挠度分别为7.91 mm、 1∞ — // 、 ・一-—’●羞测点th ;测捌_蜊'|I 点456789∞ 。: .7.77 mm,挠跨比分别为1/3 982、1/4 054,相应设计值为 , 300 4O 】 500 60O i 70O 8OO f・90O ~… ,测1 00 0l 捌_ 点■ 实测应变(Il e) 1/3 646,说明试验箱梁的静活载挠跨比满足设计要求。 (b)东侧跨中下翼缘 l Kh级 图9跨中下缘3。0 m范围内应变实测结果 宝 —◆一东侧测点 (1)分布于箱梁跨中两侧3.0 m范围内30个测点的实测应 捌 +西侧测点 "at-"平均值 垆 变与荷载保持较好的线性关系,线性相关系数均大于0.999 9, 挺 / 未出现明显增大或减小,证明试验箱粱拉应力最大的区域仍处 /‘ } 7于弹性状态。 .91 mm / l、 (2)试验加载过程中,梁体跨中下缘混凝土未发现受力裂 5 10 l5 缝。 跨中挠度<单位:mm) (a]第一加栽循环 (3)在1.2倍设计荷载下,实测试验箱梁跨中西、东两侧 3.0 m区域内下缘混凝土的平均应力分别为l4.04 MPa(359)和 l—— l 一Kb级一 ’l3.80 MPa(353),两侧平均值为l3.92 MPa,实测应力与理论 主 l—. 一平 计算值(14.12 MPa)比较吻合。实测应力计算中,混凝土弹 毯 鹭 / 性模量取推算值3.91×10 MPa。 糖 6.1.3跨中截面底板应变 7.77 mm JAw32zs一0l1 试验箱梁第二加载循环,跨中截面底板应 /。 r l / 变沿横向分布的实测结果如图l0所示。实测结果表明,试验 箱梁底板剪力滞效应不明显。 5 10 15 20 跨中挠度(单位:mm) 6.1.4 L/4截面和跨中截面的中性轴高度 (b)第二加栽循环 JAw32zs一0l1 试验箱梁第二加载循环加载至1.0倍设计 图8试验粱静载弯曲试验跨中挠度实测结果 荷载时,L/4截面和跨中截面实测应变沿截面高度的分布情况 如图1l所示。实测结果表明 L/4截面和跨中截面的中性轴 了梁端静载试验。 高度分别为1.635 m、1.639 m 与设计值1.599 m比较接近。 6.2.1 TAW32ZS一010 试验箱梁 JAW32ZS~010#试验箱梁的梁体端部横向应力较大区域 —参一Ka级 (标示于图7)实测应变及有限元计算结果的对比情况见表6。 +0.7级 实测及理论计算结果显示: o.8级 V (1)在运营工况下(不计自重作用),实测顶板顶面最大 —÷● Kb级 应力为0.89 MPa、顶板底面最大应力为1.81 MPa、底板顶面最 蟠 —静l 00 世 1.05 大应力为一5.11 MPa、底板底面最大应力为2.88 MPa、端隔墙 雕 — 1.10 ~ 1.15 最大应力为0.89 MPa。 ^l 20 (2)在架梁工况下(不计自重作用),实测顶板顶面最大 西k… —— {( 500/2 - >I东 应力为1.56 MPa、顶板底面最大应力为1.31 MPa、底板顶面最 图10试验梁跨中截面底板应变沿横向分布图 大应力为一4.97 MPa、底板底面最大应力为0.50 MPa、端隔墙 最大应力为0.67 MPa。 ‘ou l\ l~ (3)根据有限元计算数据对实测值进行修正,计人自重作 乍 \ 用,在运营工况下底板底面最大应力为3.98 MPa,在架梁工况 划 :丑L 、、C-u 一 下底板底面最大应力为1.61 MPa。 1 5 \ y=一0R C .00{ }.x993 +1 635 俺 6.2.2 IAW32ZS一01 1 试验箱粱 旧 键 ~协~ JAW32ZS一叭l 试验箱梁的梁体端部横向应力较大区域 L/4 j 我面卜 \ (标示于图7)实测应变及有限元计算结果的对比情况见表7。 \ \ 实测及理论计算结果显示: 150 —100 —50 0 50 100 15O 200 (1)在运营工况下(不计自重作用),实测顶板顶面最大 实测微应变(“£) 应力为0.78 MPa、顶板底面最大应力为1.78 MPa,底板顶面最 (a)L/4截面实测应变分布图 大应力为一5.47 MPa、底板底面最大应力为2.63 MPa,端隔墙 最大应力为0.92 MPa。 瓠 \ 一 5 y=一0 ̄006X+1.639 (2)在架梁工况下(不计自重作用),实测顶板顶面最大 F》 0 996 应力为1.81 MPa、顶板底面最大应力为1.53 MPa,底板顶面最 一 {垣 大应力为一5.08 MPa、底板底面最大应力为0.57 MPa,端隔墙 1.5 嵯 ; — o~ \ 最大应力为0.85 MPa。 (3)根据有限元计算数据对实测值进行修正,计入自重作 …{跨中截面} — 5~ \ \ 用,在运营工况下底板底面最大应力为3.73 MPa,在架梁工况 下底板底面最大应力为1.68 MPa。 一200 一伯0 —100 -50 0 50 1OU 150 200 250 300 实测微应变( 8) 7结论与建议 (b)跨中截面实测应变分布图 图1 1 L/4截面和跨中截面实测应变沿截面高度分布图 根据JAW32ZS一010 和JAW32ZS—ol 1 试验箱梁的静载弯 6_2梁端静载试验 曲试验和梁端受力性能静载试验结果,得出如下结论与建议: 万宁制梁场分别对JAw32zs一010 和JAw32zs—Ol1 进行 (1)实测JAW32ZS一01 1 试验箱梁第一、第二加载循环静 表6 JAw32ZS一010 试验箱梁梁体端部应力实测结果及与理论计算结果对比表 项 目 顶板顶面【A区) 顶板底面(B区) 底板顶面(c区) 底板底而(D区) 端隔墙顶(E区) 底板而(F区) 运营 实测 应变(u£) 25 5l —l44 8l 25 8 工况 换算应力(MPa) O.89 1.8l 5.1l 2.88 0 89 0 28 有限元计算值(MPa) l 4 1 5 6 6 2.6 { { 应变( £) 44 37 —140 l4 l9 -20 架粱 实测 换算应力(MPa) 1.56 1 3l 4.97 O.5O O.67 0.7l 工况 有限元计算值(MPa) 1.80 l l0 —6 3O 0.89 } } 注:1 实测换算应力采用E=3 55×10 MPa;2. “+”表示拉应力, “一”表示压应力;3.表中所列实测值及计算值均不计自重作用。 37 表7 JAW32ZS—O1 1 试验箱梁梁体端部应力实测结果及与理论计算结果对比表 项 目 顶板顶面(A区) 22 0 78 1.4 5l 1.8l 1 80 顶板底面(B区) 50 1.78 1 4 43 1.53 1.8O 底板顶面(c区) 一l54 —5 47 1.5 143 —5.O8 1_10 底板底面(D区) 74 2.63 —6.6 16 O 57 6.3O 端隔墙顶(E区) 26 0.92 2.6 24 0.85 0.89 底板面(F区) 9 0.32 } —10 -0 36 | 运营 实测 工况 应变(u£) 换算应力(MPa) 有限元计算值(MPa) 应变( £) 换算应力( ̄tPa) 架梁 实测 工况 有限元计算值(MPa) 注:1.实测换算应力采用E=3.55×10 MPa;2 “+”表示拉应力,“一”表示压应力;3.表中所列实测值及计算值均不计自重作用。 活载挠跨比分别为l/3 982、1/4 054,小于设计值1/3 646,梁 体刚度满足设计要求。 较好,实测值与有限元计算值吻合较好。在运营工况及架梁工 况(涵盖目前该梁采用的所有架桥机荷载)下,两孔试验箱梁 (2)实测JAW32ZS一01 1 试验箱梁在1.20倍设计荷载下, 粱体跨中下缘实测应变与荷载基本保持线性关系,在加载过程 中梁体跨中未发现受力裂缝,梁体抗裂性满足设计要求。 (3)实测JAW32ZS一01 试验箱梁跨中截面底板剪力滞效 应不明显,与理论计算值相近。 (4)两孑L试验箱梁梁端受力性能试验中,实测数据重复性 38 的梁体端部未发现受力裂缝,表明结构安全可靠,端隔墙可明 显改善梁端受力状况,达到了预期效果。 (5)为便于施工,建议适当调整梁体端隔板钢筋布置及隔 板的坡角形式。囝 [责任编辑:邓进利】