铁路32 m预应力混凝土简支梁静载弯曲抗裂试验

荆龙江，王志坚，马 林，李 葳

(1.中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081;2.武广客运专线有限公司 武汉 430050)

1 试验梁概况

本批32 m预应力混凝土简支梁为武广客运专线广州动车段工程用梁，梁场从2008年9月至11月共生产32 m曲线简支T梁33片，并在梁体混凝土强度达到33.5 MPa时进行初张拉，梁体混凝土强度达到规范［1］规定的 58.5 MPa、弹模达到 36 GPa和龄期不少于14 d时进行终张拉，简支梁在初张拉和终张拉过程中均未出现滑丝和断丝现象。在终张拉后30 d，33片32 m曲线简支T梁上拱度测试数据统计表明，其值为0 ～5 mm，满足规范［1］的要求。

由于该33片梁所用的13孔锚具，通过铁道部质检中心认证时间较晚，根据广州动车段指挥部的要求，中国铁道科学研究院铁道建筑研究所于2009年3月对33片简支梁分早期和后期随机各抽取一片进行静载弯曲抗裂试验，以检验该批32 m简支梁的质量和使用性能，两片梁的编号分别为 PL32QZZH-005和PL32QZBH-078。

PL32QZZH-005梁图号为“通桥(2005)2101-Ⅰ-6”，系曲线中梁，PL32QZBH-078梁图号为“通桥(2005)2101-Ⅰ-5”，系曲线边梁，梁体结构类型均为有砟轨道后张法预应力混凝土双线简支T梁。两片简支梁长 32.6m，跨 度 为 32m，梁 高 2.523m。PL32QZZH-005梁质量129.283 t，顶面宽1.70 m，马蹄形底面宽0.88 m。PL32QZBH-078梁质量139.283 t，顶面宽2.10 m，马蹄形底面宽0.88 m。试验时两片梁防水层均已铺设，梁体预制资料见表1。

表1 32 m预应力混凝土简支试验梁预制资料

2 简支梁静载弯曲抗裂试验设计

PL32QZZH-005和PL32QZBH-078梁静载试验分别在终张拉后135 d及72 d时进行，满足试验梁30 d后进行静载试验的规定［2］。

试验时用厚钢板及石棉板组合调整支座高度，T梁移入试验台座后，经测量，两支座间实测跨度符合试验标准要求［2］，T梁支座高度一致，受力均衡。

2.1 加载方式

根据试验标准［2］，简支梁静载试验等效集中荷载采用5点法加载，跨中设一集中荷载，其余左右对称布置，各加载点纵向间距为4 m，加载图式见图1。

图1 32 m预应力混凝土简支梁静载试验加载图式(单位:mm)

2.2 测点布置

两片简支梁静载弯曲抗裂试验中，在跨中截面底部东、西两侧，沿梁体纵向1.5 m范围内各对称布置5个钢弦式应变计，测试梁底在各级荷载作用下的应力状况;在跨中截面两侧沿梁高度方向，各布置4个钢弦式应变计，测试各级荷载作用下梁体高度方向的应力变化［2-3］。钢弦式应变计测点编号及布置见图2。

在梁体跨中及支点截面底部两侧共布置6个百分表作为挠度测点，测试梁体在各级荷载作用下的挠度变形情况。

图2 32 m预应力混凝土简支梁静载试验跨中截面应变计布置

2.3 试验加载值测试

静载试验中采用5个压力传感器测试加载力，保证试验荷载的准确施加。试验前对所有传感器均进行了标定。图3给出了PL32QZZH-005梁在第二个加载循环中每级荷载实测加载值与理论加载值的关系图。从图中可以看出，每级荷载实测加载值与理论加载值线性关系良好。

图3 实测与理论加载值关系

3 梁体竖向挠度测试

根据实测结果:PL32QZZH-005梁第一、第二加载循环跨中静活载挠度最大值分别为13.26 mm和13.04 mm，挠跨比分别为1/2 413、1/2 454，静活载挠跨比设计值为1/1 771;PL32QZBH-078梁第一、第二加载循环跨中静活载挠度最大值分别为12.60 mm和12.00 mm，挠跨比分别为1/2 540、1/2 667，静活载挠跨比设计值为1/1 869。两片试验梁的静活载挠跨比均符合设计要求。

图4给出了两片试验梁第二加载循环中各级荷载与挠度的关系曲线，从图中可以看出，加载荷载与挠度基本保持线性关系，说明梁体处于弹性工作状态。

4 梁体跨中纵向应力测试

4.1 PL32QZZH-005梁跨中下缘纵向应力

图4 32 m预应力混凝土简支梁第二加载循环荷载值与跨中挠度关系

实测PL32QZZH-005梁第一循环加载至1.0倍设计荷载，第二循环加载至1.2倍设计荷载。在1.2倍设计荷载作用下，跨中底面纵向两侧1.5 m区域内的平均拉应力分别为18.90 MPa(应变值525×10-6)和17.75 MPa(应变值493×10-6)，两侧平均为 18.325 MPa(弹性模量E=3.60×104MPa)，曲线中梁在运营阶段设计预压应力为21 MPa，试验梁体混凝土强度符合设计要求。

图5给出了分布于T梁底面两侧1.5 m范围内的10个测点，即①～⑩号测点的实测应变与各级荷载关系。从图5可以看出，在各级荷载作用下，实测应变与荷载基本保持线弹性关系，各应变均随荷载线性变化，未出现异常增大或减小，表明试验梁跨中下缘拉应力最大的区域仍处于弹性工作状态。在试验加载全过程中，梁体中部下缘及梁底面均未发现受力裂缝，试验梁的抗裂性能符合设计要求。

4.2 PL32QZZH-005梁纵向应力沿梁高分布

PL32QZZH-005梁第二循环加载至1.2倍设计荷载时，各级荷载作用下试验梁跨中位置腹板两侧沿梁高方向布置的8个测点的实测应变值与各级荷载关系见图6。从图6可以看出，在各级荷载作用下，各测点应力沿梁高方向的分布呈非常明显的线性关系，表明试验梁在各级荷载作用下处于线弹性工作状态。

根据应力分布状态，计算试验梁中性轴位置:西侧距梁底1.359 m，东侧距梁底1.341 m，平均值1.350 m，与设计计算中性轴高度1.399 m基本一致。

4.3 PL32QZBH-078梁跨中下缘纵向应力

PL32QZBH-078梁第一循环加载至1.0倍设计荷载，第二循环加载至1.2倍设计荷载。在1.2倍设计荷载作用下，跨中底面两侧1.5 m区域内的平均拉应力分别为16.79 MPa(应变值466.4×10-6)和18.19 MPa(505.4×10-6)，两侧平均为17.49 MPa(弹性模量E=3.60×104MPa)，曲线边梁在运营阶段设计预压应力为20.5 MPa，试验梁体混凝土强度符合设计要求。

图7给出了T梁底面两侧1.5 m范围内的10个测点，即①～⑩号测点的实测应变与各级荷载关系。从图7可以看出，在各级荷载作用下，实测应变与荷载基本保持线弹性关系，各应变均随荷载线性变化，未出现异常增大或减小，表明试验梁跨中下缘拉应力最大的区域仍处于弹性工作状态。在试验加载全过程中，梁体中部下缘及梁底面均未发现受力裂缝，试验梁的抗裂性能符合设计要求。

4.4 PL32QZBH-078梁纵向应力沿梁高分布

图5 第二循环荷载作用下32 m预应力混凝土简支梁跨中下缘1.5 m内各测点应变值

PL32QZBH-078梁第二循环加载至1.2倍设计荷载时，各级荷载作用下试验梁跨中位置腹板两侧沿梁高方向布置的8个测点的实测应变值与各级荷载关系如图8所示。从图8可以看出，在各级荷载作用下，各测点应力沿梁高方向的分布呈非常明显的线性关系，表明试验梁在各级荷载作用下处于线弹性工作状态。

图6 第二循环荷载作用下32 m预应力混凝土简支梁跨中沿梁高方向各测点应变值

根据应力分布状态，计算试验梁中性轴位置:西侧距梁底1.375 m，东侧距梁底1.430 m，平均值1.403 m，与设计计算中性轴高度1.426 m基本一致。

图7 第二循环荷载作用下32 m预应力混凝土简支梁跨中下缘1.5 m内各测点应变值

图8 第二循环荷载作用下32 m预应力混凝土简支梁跨中沿梁高方向各测点应变值

5 结论

1)实测PL32QZZH-005梁第一、第二加载循环，跨中静活载挠度分别为13.26 mm和13.04 mm，挠跨比分别为1/2 413、1/2 454，静活载挠跨比设计值为1/1 771;PL32QZBH-078梁第一、第二加载循环，跨中静活载挠度分别为12.60 mm和12.00 mm，挠跨比分别为1/2 540、1/2 667，静活载挠跨比设计值为1/1 869。两片试验梁的刚度均满足设计要求。

2)在1.2倍设计荷载作用下，实测 PL32QZZH-005梁跨中底面两侧1.5 m区域内混凝土的平均拉应力为18.325 MPa，曲线中梁在运营阶段设计预压应力为21 MPa;PL32QZBH-078梁跨中底面两侧1.5 m区域内混凝土的平均拉应力为17.49 MPa，曲线边梁在运营阶段设计预压应力为20.50 MPa。在整个加载过程中，两片试验梁跨中下缘实测应变与荷载基本保持线性关系，梁体拉应力最大区域仍处于弹性工作状态，梁体中部下缘及底面均未发现受力裂缝。两片试验梁梁体混凝土抗裂性均能满足设计要求。

3)两片试验梁沿梁高方向纵向应力均呈线性关系，各测点纵向应力值无明显的增大或减小。PL32QZZH-005梁中性轴位置距梁底1.350 m，与设计计算值1.399 m基本一致;PL32QZBH-078梁中性轴位置距梁底1.403 m，与设计计算值1.426 m基本一致。

［1］中华人民共和国铁道部.TB/T 3043—2005 预制后张法预应力混凝土铁路桥简支T梁技术条件［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［2］中华人民共和国铁道部.TB/T 2092—2003 预应力混凝土铁路桥简支梁静载弯曲试验方法及评定标准［S］.北京:中国铁道出版社，2003.

［3］高岩，王迎军.加强整体化层对 T梁受力影响的试验评估［J］.铁道建筑，2009(3):63-65.