考虑剪力滞系数的客运专线32 m后张梁静载试验方法研究

2010-05-30刘建学

铁道标准设计 2010年9期

刘建学,马敏

(中铁七局集团第三工程有限公司,西安 710015)

1 概述

中铁七局集团石武客运专线郑州南梁场施工32 m和24m预制箱梁2种,截面类型为单箱等高度简支箱梁,梁宽12.0 m,计算跨度31.5 m(23.5 m),截面中心处高度为3.05m,线路中心线及底座板范围梁高为3.15m。顺桥向支座中心线距梁端为55 cm,横桥向支座中心距为4.5 m。32 m梁总重为8 368 kN,24 m预制箱梁除长度外横断面与32 m梁相同,24 m梁总重为6 486 kN。

静载试验是将静止的荷载作用在桥梁上的指定位置,测试结构的静力位移、静力应变、裂缝等参量的试验项目,从而推断桥梁结构在静载试验作用下的工作性能及使用性能[1～10]。考虑到箱梁在静载试验等效加载和实际设计荷载加载模式的不同对箱梁底板下缘应力的影响,设计图纸[9]中要求静载试验加载数据计算要考虑剪力滞系数影响。梁场正常生产条件下,同类别、同跨度箱梁60件为1批,抽1件做静载试验,施工单位根据所选试验梁型负责静载试验加载数据的计算,根据设计要求把综合剪力滞系数和集中剪力滞系数代入加载数据,准确地计算出了静载试验各级加载数据。

2 考虑剪力滞效应的静载试验加载计算方法介绍

剪力滞系数有综合剪力滞系数(Kq)和集中剪力滞系数(Kp),由于考虑了剪力滞系数的影响,静载试验加载计算单和以往的计算有很大的区别,下面以中铁七局石武客运专线郑州南梁场32 m静载试验为例介绍如下。

2.1 试验准备

根据文献[1]的要求确定静载试验方案和控制截面,加载采用10台千斤顶同步顶升来实现。设计自平衡式加载反力系统,加载反力架如图1所示。加载时10台千斤顶分为2列,每列5台,分别作用于箱梁两侧腹板轴线处。中间的千斤顶位于箱梁跨中,其余的在其两侧对称布置,千斤顶之间的纵向间距为4 m,横向间距为6.236 m。

图1 加载反力架图示

2.1.1 静载试验台

静载试验台座两端采用预应力管桩基础,试验台保证试验梁跨度、支承方式、受力状态符合设计计算简图且在整个试验过程中保持不变。试验台不分担试验梁所承受的试验荷载,且不阻碍梁体变形自由发展。

静载试验台的强度设计安全系数应等于2.0,其加载变形量满足加载千斤顶最大行程的要求。

2.1.2 加载油泵

在静力加载的过程采用“一顶对一泵的原则”,配备10台油泵对应10台千斤顶,由1名总指挥统一指挥10个油泵操作手和5个油表读数人,达到10台千斤顶同步顶升,保证10个加载点同步受力。加载时节约了很多时间,同时也使得加载数据更为精确,加载过程更严密,可以达到很好的试验效果。加载人员布置如图2所示。

图2 加载人员布置

2.1.3 布点位置

与传统的静载试验相比,千斤顶纵向间距为4 m,主要不同就是千斤顶横向间距由跨中向外扩大1 cm,横向加载间距现为6.236 m。

2.2 考虑剪力滞系数的静载试验计算

时速350 km客运专线铁路无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁,采用C50高性能混凝土,终张拉时龄期为19 d,终张拉完成后至静载试验的时间25 d;终张时试件抗压强度54.8 MPa,弹性模量3.67×104MPa,静活载设计挠度 5.97 mm,f实测≤1.05×(f设计/ψ),设计静活载挠跨比1/5 278,等效荷载加载挠度修正系数 Ψ=0.998 7,抗裂安全系数Kf=1.42。

静载试验加载计算时,考虑剪力滞系数的影响,对梁体自重、二期恒载、活载计算时乘以Kq/Kp系数,补偿乘以1/Kp系数。根据文献[4]中得到32 m箱梁剪力滞系数分别为:综合剪力滞系数Kq=1.017 0,集中剪力滞系数Kp=1.031 9。

静载试验采用5排加载方式加载,每排间距4 m,每排采用2点加载,加载点横向距离为6.236 m,沿对称梁体中心线布置。等效荷载加载图示见图3。

2.2.1 根据加载图式计算等效力臂α值

跨中弯矩

图3 等效荷载加载图示(单位:m)

则:M=P×α

式中 R——支点反力,RA=RB=R,kN;

L——计算跨度,m;

α——等效力臂,m。

2.2.2 计算未完成的应力损失值

η1、η2— —分别为收缩、徐变与松弛应力损失

完成率;

ΔσS——未完成的预应力损失值,MPa。

2.2.3 计算未完成应力损失的补偿弯矩ΔMS

式中 Ay——跨中截面预应力钢筋截面面积,0.035 7 m2;

Ag——跨中截面普通钢筋截面面积,全预应力梁取Ag=0 m2;

Δ σS——未完成的预应力损失值 ,MPa。

2.2.4 计算基数级荷载跨中弯矩

5.475 ×(13.7+3.74)=95.48 kN◦m得出:

其中:g1为加载千斤顶的重力:1.37 kN/个,共10个。

g2为加载千斤顶钢板垫块的重力:0.374 kN/块,共10块。

2.2.5 计算基数级荷载值

2.2.6 计算各加载级下的加载值

计算静活载级下的荷载等级

利用下式计算各加载级跨中弯矩

根据公式PK=MK/α,计算各加载等级下的加载值。

各级加载时每个加载千斤顶的力:P'i=Pk/10,计算结果见表1。

表1 加载荷载 kN

3 挠度测点布置和裂缝观测

一般情况下,对挠度测点的布设要求能够测量结构的竖向挠度、侧向挠度和扭转变形,应能给出受检跨及相邻跨的挠曲线和最大挠度。每跨一般需布设3～5个测点。

本梁场的静载试验挠度观测采用6点布测,支座4点和跨中2点,采用百分表实时观测,竖向位移采用百分表测量,其测量精度为0.01 mm,最小分度值不宜大于被测挠度总值的1.0%。挠度计算满足《预应力混凝土铁路桥简支梁静载弯曲试验方法及评价标准》的要求。

测初始裂纹或受力裂纹,采用直径不小于50mm、放大倍数为10倍的普通放大镜。量测裂纹宽度必须使用刻度放大镜,其最小分度值不宜大于0.05 mm,放大倍数应不低于10倍。

4 加载试验程序

加载试验程序满足《预应力混凝土铁路桥简支梁静载弯曲试验方法及评价标准》的要求。

5 静载试验结果的评定方法

依据《预应力混凝土铁路桥简支梁静载弯曲试验方法及评价标准》(TB/T2092—2003)中,第5条对静载试验梁体刚度评定合格的标准是,实测静活载挠度(f实测)为静活载等级下实测挠度值减去基数级下实测挠度值。实测静活载挠度值合格评定标准:f实测≤1.05(f设计/ψ)=6.28mm。相应评价标准均满足规范要求。