軌道交通U型梁承載能力靜載試驗及評定分析

劉 博

(中鐵十四局集團第五工程有限公司,山東 兗州 272117)

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軌道交通U型梁承載能力靜載試驗及評定分析

劉 博

(中鐵十四局集團第五工程有限公司,山東 兗州 272117)

結合某城市軌道交通U型梁工程實例，開展了U型梁承載能力靜載試驗，實測了加載過程中U型梁撓度及應變數據，分析了其實際工作狀態及在設計荷載作用下的承載能力，為同類橋梁靜載試驗提供了依據。

U型梁，承載能力，靜載試驗，撓度

預應力混凝土U型梁又稱“槽型梁”，與傳統箱梁及T型梁相比，該結構由纖維混凝土底板、腹板和翼緣板組成“U”字形薄壁結構形式，因此具有自重輕，建筑高度低、降噪效果好、行車安全等優點。近幾年，被越來越廣泛的應用于我國城市軌道交通建設。

雖然U型梁具有諸多優點，但由于其為薄壁開口構件，結構受力性能復雜，結構承載能力易受混凝土質量、預應力筋布置方式、結構尺寸等影響。為了保證橋梁結構的使用安全，通過試驗方法研究U型梁實際承載能力也愈發重要。目前，國內外對于傳統橋梁結構承載能力研究常采用靜載試驗方法，且試驗方法已較為成熟。U型梁由于其結構及受力形式特殊，其靜載試驗荷載布置、加載方式等不能簡單套用傳統橋梁結構試驗方式。

本文依托濟南市軌道交通R1線預制U型梁工程，進行了U型梁承載能力靜載試驗，介紹了其靜載試驗方法，實測了加載過程中U型梁撓度及應變數據，分析了其實際工作狀態及在設計荷載作用下的承載能力，為同類橋梁靜載試驗提供重要參考依據。

1 工程概況

濟南市軌道交通R1線高架橋采用整孔預制后張法預應力混凝土U型簡支梁，梁場進行成品梁預制。U梁分直線梁和曲線梁，本次試驗為30 m跨徑5.17 m等寬直線梁。跨中梁高1.8 m，支點梁高1.94 m。U梁梁體混凝土強度等級為C55，預應力束為1 860 MPa級φs15.2高強度低松弛鋼絞線。U梁尺寸及鋼束布置如圖1所示。列車荷載設計標準：國標B型車，列車編組為6輛，車輛最大軸重140 kN，最小軸重78 kN。最大時速：100 km/h。撓度要求：撓度值f≤L/2 000。

2 靜載試驗內容

2.1 試驗荷載確定原則

根據TB/T 2092—2003預應力混凝土鐵路橋簡支梁靜載彎曲實驗方法及評定標準，以加載系數K表示加載等級，加載系數K是加載試驗中梁體跨中承受的彎矩與設計彎矩之比。考慮到試驗加載圖式不能完全模擬設計荷載圖式，加載原則為：試驗加載時必須保證跨中最大彎矩與目標設計荷載下彎矩相符、支點最大剪力與設計列車荷載下剪力近似相等。同時，由《鐵路橋梁檢定規范》，剪力加載效率須不小于0.8。

2.2 測試控制斷面

根據預制 U梁的結構分析計算結果(Midas Civil 有限元模型見圖2)和相關規定，選取跨中斷面進行靜力加載測試，見圖3。

2.3 測試內容及測點布置

預制U梁靜載試驗測試內容為：1)跨中斷面相應最不利荷載作用下的撓度；2)各加載工況下，支點A，B 處的支座位移；3)跨中斷面相應最不利荷載作用下混凝土應力。

跨中斷面應力測點和跨中、支點撓度(位移)測點布置如圖4，圖5所示，撓度及應變測點現場圖如圖6所示。

2.4 加載布置方案

試驗采用反力架，依據“跨中彎矩相等且支點剪力近似相等”原則(該原則可減少加載工作量，每一次加載同時滿足“跨中最大彎矩與設計荷載彎矩相等、支點最大剪力與設計荷載剪力近似相等”條件)進行加載。擬采用5個加載點，中心間距5.5 m，試驗U梁槽內布設橫向分配梁和縱向分配梁，實現縱向和橫向加載力的傳遞。1.0倍設計荷載在底板上加載，1.0倍～1.2倍的荷載在腹板上進行加載。U梁的加載縱向布置如圖7所示，加載點橫向布置如圖8所示。現場加載如圖9所示。

2.5 試驗荷載工況及加載值

工況1：二期荷載加載。

工況2：正常使用階段(彈性階段)，在列車活載最不利加載情形下，滿足跨中彎矩最大和支點剪力最大，K=1.0 倍主力內力值加載。

工況3：正常使用階段(開裂階段)，在列車活載最不利加載情形下，滿足跨中彎矩最大和支點剪力最大，K=1.2 倍主力內力值加載。

依據設計荷載內力值，計算得出反力架加載值，見表1。

2.6 加載步驟

靜載彎曲試驗加載程序應分兩個階段進行，預加載(第一循環)和正式加載(第二循環)。

1)加載前，用40倍放大鏡在梁體兩側跨中區段下翼緣及梁底面仔細查找裂紋。對初始裂紋(表面收縮裂紋及表面損傷裂紋)及局部缺陷，按規定的方法用藍色鉛筆標記。

表1 加載荷載值匯總表

2)試驗加載程序應分階段進行，即預加載(第一循環，工況1)和正式加載(第二循環，工況2和工況3)。

3)第一循環預加載。

初始狀態→0.60→0.80→1.00→0.60→初始狀態

3 min3 min20 mim1 min10 min

4)第二循環正式加載。

初始狀態→0.60→0.80→靜活載→1.00→1.10→

3 min3 min3 mim3 min5 min

→1.20→1.10→1.00→靜活載→0.6→初始狀態

20 min1 min1 mim1 min1 min

各千斤頂宜同速、同步達到同一荷載值，加載速度不宜超過3 kN/s。

3 靜載試驗結果

1)撓度。在靜載彎曲試驗預加載(第一循環)時，當加載等級為1.0級時，梁體跨中撓度最大值為7.09 mm；在正式加載(第二循環)時，當加載到靜活載級時，梁體跨中撓度最大值13.99 mm，當加載等級為1.2級時，梁體跨中撓度最大值為17.51 mm。

2)裂縫。第一循環加載結束時，梁體跨中底板及腹板下側未出現明顯受力裂紋；第二循環加載結束時，梁體跨中底板及腹板下側未出現明顯受力裂紋。

3)混凝土應力。在正式加載(第二循環)時，當加載到靜活載級時，梁體跨中底面混凝土縱向拉應力變化最大為4.51 MPa，兩側拉應力變化最大為2.23 MPa，梁頂壓應力變化最大為6.52 MPa；當加載等級為1.2級時，梁體跨中底面混凝土縱向拉應力變化最大為3.10 MPa，兩側拉應力變化最大為2.0 MPa，梁頂壓應力變化最大為6.95 MPa。

4 結語

本文結合濟南軌道交通R1線U型梁工程，開展了U型梁承載能力靜載試驗。試驗結果表明：梁在最大控制荷載(K=1.2)作用下，持荷20 min，梁體下翼緣底部邊角及梁底面未發現受力裂紋，且在靜活載作用下的撓度為14.65-7.32=7.33 mm，滿足7.33/29 900=1/4 079<1/2 000的設計要求，U型梁結構安全可靠。

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Static load test and carrying capacity evaluation analysis of rail transit U-shaped girder

Liu Bo

(TheFifthProjectCo.,LtdofChinaRailway14thBureauGroup,Yanzhou272117,China)

In this paper, according to an urban rail transit U-shaped girder engineering, we conducted a static load test. The deflection and strain values of U-shaped girder, during loading process, were measured. The actual working status and capacity evaluation under design loading were analyzed. This test can be used as an important reference of static load test of the similar bridges.

U-shaped girder, carrying capacity, static load test, deflection

2016-11-21

劉 博(1986- )，男，工程師

1009-6825(2017)04-0190-03

U441.2

A