鐵路32 m預應力混凝土簡支梁靜載彎曲抗裂試驗

荊龍江，王志堅，馬 林，李 葳

(1.中國鐵道科學研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081;2.武廣客運專線有限公司 武漢 430050)

1 試驗梁概況

本批32 m預應力混凝土簡支梁為武廣客運專線廣州動車段工程用梁，梁場從2008年9月至11月共生產32 m曲線簡支T梁33片，并在梁體混凝土強度達到33.5 MPa時進行初張拉，梁體混凝土強度達到規范［1］規定的 58.5 MPa、彈模達到 36 GPa和齡期不少于14 d時進行終張拉，簡支梁在初張拉和終張拉過程中均未出現滑絲和斷絲現象。在終張拉后30 d，33片32 m曲線簡支T梁上拱度測試數據統計表明，其值為0 ～5 mm，滿足規范［1］的要求。

由于該33片梁所用的13孔錨具，通過鐵道部質檢中心認證時間較晚，根據廣州動車段指揮部的要求，中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所于2009年3月對33片簡支梁分早期和后期隨機各抽取一片進行靜載彎曲抗裂試驗，以檢驗該批32 m簡支梁的質量和使用性能，兩片梁的編號分別為 PL32QZZH-005和PL32QZBH-078。

PL32QZZH-005梁圖號為“通橋(2005)2101-Ⅰ-6”，系曲線中梁，PL32QZBH-078梁圖號為“通橋(2005)2101-Ⅰ-5”，系曲線邊梁，梁體結構類型均為有砟軌道后張法預應力混凝土雙線簡支T梁。兩片簡支梁長 32.6m，跨 度 為 32m，梁 高 2.523m。PL32QZZH-005梁質量129.283 t，頂面寬1.70 m，馬蹄形底面寬0.88 m。PL32QZBH-078梁質量139.283 t，頂面寬2.10 m，馬蹄形底面寬0.88 m。試驗時兩片梁防水層均已鋪設，梁體預制資料見表1。

表1 32 m預應力混凝土簡支試驗梁預制資料

2 簡支梁靜載彎曲抗裂試驗設計

PL32QZZH-005和PL32QZBH-078梁靜載試驗分別在終張拉后135 d及72 d時進行，滿足試驗梁30 d后進行靜載試驗的規定［2］。

試驗時用厚鋼板及石棉板組合調整支座高度，T梁移入試驗臺座后，經測量，兩支座間實測跨度符合試驗標準要求［2］，T梁支座高度一致，受力均衡。

2.1 加載方式

根據試驗標準［2］，簡支梁靜載試驗等效集中荷載采用5點法加載，跨中設一集中荷載，其余左右對稱布置，各加載點縱向間距為4 m，加載圖式見圖1。

圖1 32 m預應力混凝土簡支梁靜載試驗加載圖式(單位:mm)

2.2 測點布置

兩片簡支梁靜載彎曲抗裂試驗中，在跨中截面底部東、西兩側，沿梁體縱向1.5 m范圍內各對稱布置5個鋼弦式應變計，測試梁底在各級荷載作用下的應力狀況;在跨中截面兩側沿梁高度方向，各布置4個鋼弦式應變計，測試各級荷載作用下梁體高度方向的應力變化［2-3］。鋼弦式應變計測點編號及布置見圖2。

在梁體跨中及支點截面底部兩側共布置6個百分表作為撓度測點，測試梁體在各級荷載作用下的撓度變形情況。

圖2 32 m預應力混凝土簡支梁靜載試驗跨中截面應變計布置

2.3 試驗加載值測試

靜載試驗中采用5個壓力傳感器測試加載力，保證試驗荷載的準確施加。試驗前對所有傳感器均進行了標定。圖3給出了PL32QZZH-005梁在第二個加載循環中每級荷載實測加載值與理論加載值的關系圖。從圖中可以看出，每級荷載實測加載值與理論加載值線性關系良好。

圖3 實測與理論加載值關系

3 梁體豎向撓度測試

根據實測結果:PL32QZZH-005梁第一、第二加載循環跨中靜活載撓度最大值分別為13.26 mm和13.04 mm，撓跨比分別為1/2 413、1/2 454，靜活載撓跨比設計值為1/1 771;PL32QZBH-078梁第一、第二加載循環跨中靜活載撓度最大值分別為12.60 mm和12.00 mm，撓跨比分別為1/2 540、1/2 667，靜活載撓跨比設計值為1/1 869。兩片試驗梁的靜活載撓跨比均符合設計要求。

圖4給出了兩片試驗梁第二加載循環中各級荷載與撓度的關系曲線，從圖中可以看出，加載荷載與撓度基本保持線性關系，說明梁體處于彈性工作狀態。

4 梁體跨中縱向應力測試

4.1 PL32QZZH-005梁跨中下緣縱向應力

圖4 32 m預應力混凝土簡支梁第二加載循環荷載值與跨中撓度關系

實測PL32QZZH-005梁第一循環加載至1.0倍設計荷載，第二循環加載至1.2倍設計荷載。在1.2倍設計荷載作用下，跨中底面縱向兩側1.5 m區域內的平均拉應力分別為18.90 MPa(應變值525×10-6)和17.75 MPa(應變值493×10-6)，兩側平均為 18.325 MPa(彈性模量E=3.60×104MPa)，曲線中梁在運營階段設計預壓應力為21 MPa，試驗梁體混凝土強度符合設計要求。

圖5給出了分布于T梁底面兩側1.5 m范圍內的10個測點，即①～⑩號測點的實測應變與各級荷載關系。從圖5可以看出，在各級荷載作用下，實測應變與荷載基本保持線彈性關系，各應變均隨荷載線性變化，未出現異常增大或減小，表明試驗梁跨中下緣拉應力最大的區域仍處于彈性工作狀態。在試驗加載全過程中，梁體中部下緣及梁底面均未發現受力裂縫，試驗梁的抗裂性能符合設計要求。

4.2 PL32QZZH-005梁縱向應力沿梁高分布

PL32QZZH-005梁第二循環加載至1.2倍設計荷載時，各級荷載作用下試驗梁跨中位置腹板兩側沿梁高方向布置的8個測點的實測應變值與各級荷載關系見圖6。從圖6可以看出，在各級荷載作用下，各測點應力沿梁高方向的分布呈非常明顯的線性關系，表明試驗梁在各級荷載作用下處于線彈性工作狀態。

根據應力分布狀態，計算試驗梁中性軸位置:西側距梁底1.359 m，東側距梁底1.341 m，平均值1.350 m，與設計計算中性軸高度1.399 m基本一致。

4.3 PL32QZBH-078梁跨中下緣縱向應力

PL32QZBH-078梁第一循環加載至1.0倍設計荷載，第二循環加載至1.2倍設計荷載。在1.2倍設計荷載作用下，跨中底面兩側1.5 m區域內的平均拉應力分別為16.79 MPa(應變值466.4×10-6)和18.19 MPa(505.4×10-6)，兩側平均為17.49 MPa(彈性模量E=3.60×104MPa)，曲線邊梁在運營階段設計預壓應力為20.5 MPa，試驗梁體混凝土強度符合設計要求。

圖7給出了T梁底面兩側1.5 m范圍內的10個測點，即①～⑩號測點的實測應變與各級荷載關系。從圖7可以看出，在各級荷載作用下，實測應變與荷載基本保持線彈性關系，各應變均隨荷載線性變化，未出現異常增大或減小，表明試驗梁跨中下緣拉應力最大的區域仍處于彈性工作狀態。在試驗加載全過程中，梁體中部下緣及梁底面均未發現受力裂縫，試驗梁的抗裂性能符合設計要求。

4.4 PL32QZBH-078梁縱向應力沿梁高分布

圖5 第二循環荷載作用下32 m預應力混凝土簡支梁跨中下緣1.5 m內各測點應變值

PL32QZBH-078梁第二循環加載至1.2倍設計荷載時，各級荷載作用下試驗梁跨中位置腹板兩側沿梁高方向布置的8個測點的實測應變值與各級荷載關系如圖8所示。從圖8可以看出，在各級荷載作用下，各測點應力沿梁高方向的分布呈非常明顯的線性關系，表明試驗梁在各級荷載作用下處于線彈性工作狀態。

圖6 第二循環荷載作用下32 m預應力混凝土簡支梁跨中沿梁高方向各測點應變值

根據應力分布狀態，計算試驗梁中性軸位置:西側距梁底1.375 m，東側距梁底1.430 m，平均值1.403 m，與設計計算中性軸高度1.426 m基本一致。

圖7 第二循環荷載作用下32 m預應力混凝土簡支梁跨中下緣1.5 m內各測點應變值

圖8 第二循環荷載作用下32 m預應力混凝土簡支梁跨中沿梁高方向各測點應變值

5 結論

1)實測PL32QZZH-005梁第一、第二加載循環，跨中靜活載撓度分別為13.26 mm和13.04 mm，撓跨比分別為1/2 413、1/2 454，靜活載撓跨比設計值為1/1 771;PL32QZBH-078梁第一、第二加載循環，跨中靜活載撓度分別為12.60 mm和12.00 mm，撓跨比分別為1/2 540、1/2 667，靜活載撓跨比設計值為1/1 869。兩片試驗梁的剛度均滿足設計要求。

2)在1.2倍設計荷載作用下，實測 PL32QZZH-005梁跨中底面兩側1.5 m區域內混凝土的平均拉應力為18.325 MPa，曲線中梁在運營階段設計預壓應力為21 MPa;PL32QZBH-078梁跨中底面兩側1.5 m區域內混凝土的平均拉應力為17.49 MPa，曲線邊梁在運營階段設計預壓應力為20.50 MPa。在整個加載過程中，兩片試驗梁跨中下緣實測應變與荷載基本保持線性關系，梁體拉應力最大區域仍處于彈性工作狀態，梁體中部下緣及底面均未發現受力裂縫。兩片試驗梁梁體混凝土抗裂性均能滿足設計要求。

3)兩片試驗梁沿梁高方向縱向應力均呈線性關系，各測點縱向應力值無明顯的增大或減小。PL32QZZH-005梁中性軸位置距梁底1.350 m，與設計計算值1.399 m基本一致;PL32QZBH-078梁中性軸位置距梁底1.403 m，與設計計算值1.426 m基本一致。

［1］中華人民共和國鐵道部.TB/T 3043—2005 預制后張法預應力混凝土鐵路橋簡支T梁技術條件［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB/T 2092—2003 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［S］.北京:中國鐵道出版社，2003.

［3］高巖，王迎軍.加強整體化層對 T梁受力影響的試驗評估［J］.鐵道建筑，2009(3):63-65.