預制裝配式防撞墻靜力試驗初步研究

陸罡

（上海城投（集團）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境中建設橋梁，面臨減低對周圍交通和環境干擾，快速高效和高質量完成橋梁建造的迫切需求，這就要求橋梁建設積極引進新技術及新工藝，開展全預制拼裝橋梁技術的相關內容研究，從而達到更高效地完成橋梁建設，加快橋梁的建設，使上海市公路網規劃藍圖得以早日實現。為了確保預制防撞墻滿足實際橋梁所需的防撞能力，有必要對其進行相關的試驗研究，為此，采用靜力試驗對該工程預制防撞墻防撞的性能進行研究，校核其防撞能力，探討其破壞模式和機理，以便為實際橋梁結構的防撞墻（護欄）設計提供依據。

1 試驗目的、方案設計和加載工況

1.1 實驗目的

本試驗依據試驗加載條件，對加載部位進行了局部適當調整，試驗模型設計以實際工程防撞墻為原型，進行預制防撞墻和傳統現澆防撞墻靜力加載試驗研究，研究預制防撞墻的損傷、防撞力及最終破壞模式，并與傳統現澆防撞墻的力學行為和防撞墻進行比較，具體試驗研究目的如下：

（1）比較傳統防撞墻和預制防撞墻的破壞模式和最終防撞能力等；

（3）通過試驗研究結果，分析破壞模式及原因，為設計提供更加合理、經濟、有效的構造細節建議以改善預制防撞墻的力學性能。

1.2 試件方案設計和試驗內容

擬定開展4個試件的試驗研究，其中兩個為現澆防撞墻，另兩個為預制防撞墻，試件模型見圖1和圖2，四個試件長度均為4 m。

圖1 試件模型圖

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

（2）試件3和4：傳統現澆防撞墻和預制防撞墻偏載加載試驗，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推，直至防撞墻分級加載至嚴重破壞，期間要保證千斤頂與墻面接觸位置不發生局部受壓破壞。加載點根據試件不同，加載位置分別為作用于一片預制防撞墻中心位置（集中加載，至設計荷載43 t），隨后單點偏載加載，直至防撞墻嚴重破壞。另一種加載方式是采用四點加載（模擬均布加載），四點均布加載直至破壞。

圖3 加載位置示意圖（單位：mm）

加載方式的分級情況如下：（1）預壓緊至10 kN；

圖6為稀土開采持續圖斑。從圖中可看到，2017年2月衛星影像上，雖然由于分辨率不高，灌水池的形態不是特別清楚，但能確定有一大一小兩個灌水池存在，且有水，說明是使用中的灌水池；2017年8月的無人機影像上，一大一小兩個灌水池形態特別清晰，可見進水水管，周圍山體也鋪設水管。因此，解譯該圖斑為持續圖斑。

（2）加載至規范設計撞擊力的1/4；

（3）加載至規范設計撞擊力的1/2；

（4）加載至規范設計撞擊力的3/4；

（5）加載至規范設計撞擊力；

（6）加載至規范設計撞擊力的1.5倍；

（7）加載至規范設計撞擊力的2倍；

（8）加載至規范設計撞擊力的2.5倍；

（9）每次累加0.5倍的規范設計撞擊力，直至破壞。

每級加載后穩定5 min，記錄所有測試數據后，繼續加載，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）防撞墻墻背側混凝土受壓破碎；

（2）防撞墻墻前側連接錨栓受拉斷裂或底座破壞；

（3）千斤頂無法繼續施加荷載，但相對位移不斷加大。

2 數據采集和測試內容

2.1 數據采集

（1）加載力數據采集

采用測力傳感器測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進行校核。

（2）關鍵部位應變片布置和數據采集

在預制防撞墻的全部錨栓上布置鋼筋應變片，在防撞墻豎向和橫向受力主筋上布置鋼筋應變片，在豎向上應變片分別設置于防撞墻根部、截面突變部和二者之間部位，在豎向和橫向位置交叉的點處布置防撞墻豎向和橫向受力主筋上布置鋼筋應變片。在防撞墻根部和截面突變處的前后側混凝土上布置混凝土應變片，采用應變測量系統采集混凝土應變、縱向預應力筋應變和橫向鋼筋應變的變化規律。注意要對應變進行溫度補償。

（3）位移計布置和數據采集

測試千斤頂作用位置處以及關心部位的變形，測試所有鋼筋應變測試點附近位置的位移情況，要求兩側防撞墻分別獨立進行測試。

應變片和位移計等的布置見圖4、圖5。

3 試驗試件加工制作

四片測試防撞墻試件分別包括兩個現澆防撞墻和兩個預制防撞墻，測試試件制作在實際施工現場進行加工制作，其中預制防撞墻在預制構件廠加工制作，其中在制作過程中，對其受力部位的鋼筋布置了應變片，澆筑養護完成后，運到試驗現場，安裝在加載測試的底座上?，F澆防撞墻直接在試驗現場的加載底座上搭設支架，綁扎鋼筋，現澆、養護而成。在綁扎鋼筋過程中，也對受力關鍵部位的鋼筋上布置了應變片，見圖6。

圖4 應變片和位移計的布置圖（單位：mm）

圖5 錨固螺栓應變片布置圖（單位：mm）

圖6 預制防撞墻制作

4 試驗測試結果分析

圖7和圖8為現澆防撞墻和預制防撞墻在單點偏載加載條件下的破壞現象圖，比較兩圖發現，兩墻最終破壞均由墻身破壞控制，并伴隨底座損傷。但具體破壞細節存在一定差異?，F澆防撞墻墻身破壞主要集中在加載點附近，墻身破壞面呈現一個曲線面，底座也發生損傷相對輕微，裂縫以豎向和水平向為主，伴有斜向裂縫。而預制防撞墻底座損傷嚴重，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生損傷。但底座錨固螺栓處沒有明顯破壞現象。預制防撞墻墻身與底座之間發生相對位移，且是不對稱的。

圖7 現澆防撞墻破壞現象

圖8 預制防撞墻破壞現象

5 試驗結論

通過對應變片、位移計及構件加載破壞現象等試驗數據分析表明，在不同加載條件下，預制防撞墻在承載力方面優于或與現澆防撞墻相同，試驗中沒有發現錨固螺栓損傷。相同荷載作用下，預制防撞墻的變形大于現澆防撞墻，兩者損傷和破壞模式存在差異，詳細結論分述如下：

（1）試驗結果表明，在四點均布加載下，現澆防撞墻最大水平承載力是999.6 kN，預制防撞墻最大水平承載力是1 236 kN，預制防撞墻水平承載力大于現澆防撞墻，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，四點均布加載條件下，現澆防撞墻破壞時位移為10.4 mm，預制防撞墻位移為42.3 mm。由于構造原因，預制防撞墻底部螺栓與預留孔存在間隙，預制防撞墻變形大于現澆防撞墻，預制防撞墻相對于底座發生相對位移。此外，預制防撞墻在荷載很小的情況下，拼裝交接面處就出現裂縫。

（3）單點對稱加載試驗表明，在430 kN時，現澆防撞墻和預制防撞墻均有裂縫，發生輕微損傷，預制防撞墻損傷相對較嚴重一些。

（4）單點偏載加載情況下，現澆防撞墻和預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，單點偏載加載條件下，現澆防撞墻破壞時位移為4.519 mm，預制防撞墻位移為58.594 mm。由于構造原因，預制防撞墻底部螺栓與預留孔存在間隙，預制防撞墻變形大于現澆防撞墻，預制防撞墻相對于底座發生相對位移，且相對底座發生扭轉。預制防撞墻在荷載很小的情況下，拼裝交接面處出現裂縫。

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

[2]史松華,郭超.防撞墻施工及質量控制[J].科技與企業,2012(5)：174.