談客運專線單箱雙室簡支箱梁靜載試驗

潘傳喜

(中國葛洲壩集團第五工程有限公司，湖北宜昌 443002)

1 總述

靜載試驗在鐵路梁場的局級鑒定、國家許可證取證及梁場后續(xù)生產(chǎn)抽檢中，起著舉足輕重的作用，靜載試驗的不合格，不僅取決于梁體自身質(zhì)量，其試驗部署也至關重要，在梁場取證中其計算復雜，投入人力最多，行動統(tǒng)一及指揮要求極高，作為鐵路梁場硬件中的關鍵項目點之一，做好靜載試驗尤為重要，下面結合黃陂制梁場取證實例，進行分述。

2 實例分述

2.1 工程概述

漢孝城際鐵路二標葛洲壩集團第五工程有限公司黃陂制梁場共承擔單箱雙室箱梁制造401孔，其中梁部結構32 m雙線簡支箱梁376孔，24 m跨25孔。32 m簡支箱梁分為直線無聲屏障型、曲線無聲屏障、直線有聲屏障、曲線有聲屏障四種類型。32 m簡支箱梁跨度31.5 m，長度32.6 m。24 m簡支箱梁跨度23.5 m，長度24.6 m。

根據(jù)《客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件》鐵科技[2004]120號和《預應力混凝土鐵路橋簡支梁產(chǎn)品生產(chǎn)許可證實施細則》要求，本梁場取證靜載試驗抽取預制箱梁GZHP31.5QW-006進行試驗，現(xiàn)就GZHP31.5QW-006對箱梁取證靜載試驗做統(tǒng)一分述。

2.2 靜載試驗計算

2.2.1 計算依據(jù)

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。

2.2.2 試驗梁有關數(shù)據(jù)

試驗梁相關數(shù)據(jù)見表1。

表1 試驗梁相關數(shù)據(jù)

2.2.3 跨中截面設計基礎數(shù)據(jù)

1)梁自重力矩:Mz=23 300 kN·m;2)防水層、保護層產(chǎn)生的彎矩:Mf=0 kN·m;3)二期恒載力矩(含防水層、保護層):Md=17 343.00 kN·m;4)活載力矩:Mh=18 093 kN·m;5)動力系數(shù):1+u=1.127;6)收縮、徐變應力損失值:σL6=109.54 MPa;7)松弛應力損失值:σL5=30.11 MPa;8)預應力鋼筋面積:Ay=0.032 9 m2;9)梁跨中截面換算面積:A0=7.294 m2;10)梁下緣換算截面抵抗矩:W0=4.224 m3;11)預應力合力中心Ay到換算截面重心軸Ao的距離:e0=1.325 m;12)加載設備對跨中彎矩計算，設備加載圖如圖1所示。

圖1 設備加載圖（單位：m）

加載設備有千斤頂86 kg/個、枕鋼櫈54.275 kg/支點、砂子5 kg/支點。均布荷載 G1=G2=G3=G4=G5=86×3+54.275×3+5 ×3=435.825 kg=4 358.25 N。R1=R2=(G1+G2+G3+G4+G5)/2=4 358.25 ×5/2=10 895.63 N。

加載設備重量對跨中彎矩:MS=R1×L/2－G1×8－G2×4=10 895.63×31.5/2－4 358.25 ×8 －4 358.25 ×4=119 307.1 N·m=119.31 kN·m。

2.2.4 加載圖示

標準附錄A，根據(jù)圖2加載圖示計算α值:跨中彎矩:M=5P/2×31.5/2－P ×4－P ×8=27.375P。α =M/P=27.375P/P=27.375 m。

圖2 加載圖示（單位：m）

2.2.5 計算未完成的應力損失值η1=0.602，η2=1.000。

Δσs=(1－η1)×σL6+(1－η2)×σL5=43.633 4 MPa。

2.2.6 計算未完成應力損失的補嘗彎矩ΔMs

ΔMs=Δσs×Ay(W0/A0+e0)×1 000=2 733.420 4 kN·m。

Mka=Md+ΔMs－Ms=19 957.110 4 kN·m。

2.2.8 計算基數(shù)級加載值

Pka=Mka/α =729.026 9 kN。

2.2.9 計算各加載級下跨中彎矩

Mk=K(Mz+Md+Mh+Mf)+ΔMs－Mz－Ms=58 736.00k kN·m。

2.2.10 計算各加載級之荷載值Pk

尾氣分析儀對于我們診斷汽車故障，只能指明一個方向，只能把故障確定或者縮小到一個范圍，最終還需要我們進一步精確診斷。換句話講，利用尾氣分析儀，只能作為精確診斷的補充或助手，只能定性，不能定量。

Pk=Mk/α =2 145.607 3k kN。

2.2.11 計算靜活載級下的荷載等級Kb

Kb=[Mh/(1+u)+Mz+Md+Mf]/(Mz+Md+Mh+Mf)=0.965 3。

2.2.12 計算靜活載之跨中彎矩Mkb

Mkb=Mh/(1+u)+Mka=36 011.24 kN·m。

2.2.13 計算靜活載級之荷載

Pkb=Mkb/α =1 315.5 kN。

2.2.14 加載表

千斤頂活塞面積283.38 cm2，加載表見表2。

表2 加載表

3 靜載試驗

3.1 靜載試驗人員分工

為了使梁場靜載試驗程序化、標準化、有條不紊的進行，靜載試驗人員安排如下:

1)人員分工安排。現(xiàn)場靜載試驗總指揮1人;安全負責人2人;計時員1人;橋上觀測員4人;裂縫觀測組2人;撓度觀測組6人;測量小組3人;加載小組31人;保障小組2人。

2)靜載試驗觀測人員安排圖見圖3。

圖3 靜載試驗觀測人員安排圖

3)靜載彎曲試驗人員安排圖見圖4。

圖4 國家許可證預應力混凝土鐵路橋靜載彎曲試驗加載人員安排圖

3.2 試驗梁齡期

梁場靜載試驗梁采用GZHP31.5QW-006梁進行，本梁于2010年6月20日澆筑混凝土，2010年8月4日終張拉，2010年11月4日靜載試驗，試驗齡期為91 d。

3.3 試驗設備及儀器

現(xiàn)場靜載試驗臺1套;油泵及千斤頂15臺，備用1套;盆式橡膠支座4個;配電設備1套;油壓表30個;電子秒表2個;百分表、安裝鐵架、磁力架各6個;手持普通放大鏡2個;彈簧式拉力測力計1個;鋼卷尺1把;水準儀1套;紅藍鉛筆若干;手持揚聲器1個;手拉葫蘆2套;電焊、氣焊工具2套;人工扭矩扳手1套;河砂;鐵墊15個。儀表設備精度和型號要求根據(jù)具體取證規(guī)則確定。

3.4 支座及安裝要求

試驗采用盆式橡膠支座，其中縱向、橫向、多向活動支座及固定支座各1個。水平安裝后四支點不平整度不大于2 mm。

3.5 試驗梁安裝就位要求

1)支座應符合要求，且各向高差均在允許范圍之內(nèi);2)就位后的梁體應底面水平，跨度偏差在允許范圍之內(nèi);3)試驗梁對中。一是試驗梁與試驗臺對中，二是千斤頂與試驗梁對中，三是試驗臺反力桁梁與梁體腹板對中;4)箱梁兩排加載點中心線應平行，兩條平行線間距與設計值偏差應不大于±10 mm;5)千斤頂?shù)陌惭b位置除應保證其縱向中心線符合規(guī)定外，其各頂與跨中頂縱向間距須保持4 m及4 m的倍數(shù)。尺寸偏差應不大于10 mm。縱向定位各頂均應以跨中為基準量測。

3.6 試驗前準備工作

1)制訂試驗大綱:主要包括目的要求、抽樣、試驗梁有關技術資料、試驗梁制造數(shù)據(jù)，安裝就位、試驗項目、試驗裝置、試驗荷載、加載方法、加載設備、量測內(nèi)容及方法、測點布設、評定標準、安全防護等等。

2)檢查核實試驗儀器、儀表、鋼尺及檢定證書，保證全部符合要求。

3)配套標定加載千斤頂及標準壓力表。

4)試驗梁資料審查及加載計算。a.審查試驗梁設計參數(shù);b.收集試驗梁施工原始數(shù)據(jù)(混凝土強度R檢，R28，彈模E檢，E28);灌注日期、坍落度;c.張拉日期，張拉力及伸長值、回縮量、滑斷絲數(shù)據(jù)等記錄及制造技術證明書;d.進行靜載試驗加載計算。

5)現(xiàn)場檢測。a.測定環(huán)境溫度;b.檢查試驗梁跨中區(qū)段有無明顯缺陷(硬傷、豎向裂口、潛在空洞梁底墊塊移在梁側(cè)面);c.實測試驗梁跨度、受力截面尺寸(腹板厚、梁底寬、底板厚等);d.查找并勾畫跨中8 m段初始裂紋;e.安裝變形測量儀器(位移計、百分表支座須穩(wěn)定)，布設測點或貼水平儀測量標尺(坐標紙或鋼板尺);f.測量試驗梁初始變形(上拱值或下?lián)现?。

6)備用準備。準備好備用電源;備用千斤頂、油表、油泵;備用密封件等配件。

7)試驗用品的準備。記錄表格;各個油表“加載及油表讀值”記錄表;撓度記錄表;試驗報告表。

3.7 加載方法

試驗加載采用15臺千斤頂同步頂推來實現(xiàn)。設計自平衡式加載反力系統(tǒng)，加載布置示意圖見圖5。15臺千斤頂分為3列，每列5臺，分別作用于箱梁兩側(cè)、腹板軸線處。中間的千斤頂位于箱梁跨中，其余的在其兩側(cè)對稱布置，千斤頂之間的縱向間距為4 m，橫向間距為3.50 m，縱向加載圖如圖5所示。

圖5 靜載試驗加載布置圖

3.8 靜載試驗

1)由總指揮檢查前期準備工作完成情況。各組首先檢查儀器設備準備是否完整，儀器設備工作是否正常，人員是否到位，并向總指揮匯報準備情況。

觀測組組長匯報觀測準備情況:a.梁體原始裂縫和缺陷的標畫情況;b.撓度測量用百分表安置情況，觀測裂縫用普通放大鏡、刻度放大鏡、鋼尺、標畫用紅藍鉛筆、記錄表格等準備情況;c.觀測人員到位情況。

加載組組長匯報加載準備情況:a.加載設備調(diào)試情況;b.加載人員到位情況;c.測量時間用表、加載記錄表格準備情況。

安全檢查組組長匯報安全檢查情況:靜載試驗安全檢查和安全防護設置情況。

2)總指揮下令開始試驗。在加載前下發(fā)加載的作業(yè)指導書和加載數(shù)據(jù)。

a.加載組組長發(fā)令加載開始。

b.1號～15號泵同時開泵加載，秒表計時開始(見表3)。

表3 加載時間表

c.加載過程中，各加載組人員記錄每加載階段實際油壓表讀數(shù)，記錄階段加載時間，順序，匯報加載情況給加載組長，組長根據(jù)各頂壓力及時調(diào)整加載速度，及時與開油泵人員溝通，保證15個頂加載同步。

d.加載到階段荷載要求時，加載組長通知持荷開始，計時人員開始計時，持荷時間一到，計時人員通知現(xiàn)場指揮，現(xiàn)場指揮通知觀測組人員進行觀測、測量、標畫、記錄觀測數(shù)據(jù)。

e.觀測完畢，觀測組組長向現(xiàn)場指揮匯報觀測完畢，現(xiàn)場指揮發(fā)令進行下一級加載，依次類推完成TB 2092-2003預應力混凝土鐵路橋簡支梁靜載彎曲試驗方法規(guī)定的兩個加載循環(huán)，試驗結束。

3)各組組長對試驗情況進行總結匯報。

4 試驗效果

按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進行靜載彎曲試驗。在第二加載循環(huán)抗裂安全系數(shù)Kf=1.20時，持荷20 min，梁體未發(fā)現(xiàn)任何受力裂紋，據(jù)預應力混凝土梁靜載試驗報告結果，實測靜活載級撓度值4.737 mm，靜活載撓跨比 ψ ×(f實測/L)=0.995 7 ×(4.737/31 500)=1/6 678，小于設計值1.05 × (f設/L)=1.05 × (1/4 846)=1/4 615，滿足通橋(2008)2224A-Ⅳ(局部修改圖)和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的要求，靜載試驗合格。

[1] 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].

[2] 鐵科技[2004]120號，客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件[S].

[3] 鐵建設[2005]160號，客運專線鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收暫行標準[S].

[4] 鐵建設[2005]160號，鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收補充標準[S].

[5] TB 10002.3-2005，鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規(guī)范[S].