铁路新型32 m简支T梁静载弯曲抗裂性能的试验研究

2015-01-03涂浩葛凯李葳陈鹏举姜惠峰何平根

铁道建筑 2015年5期

关键词：梁体实测值铁道

涂浩，葛凯，李葳，陈鹏举，姜惠峰，何平根

(1.中国铁道科学研究院研究生部，北京100081;2.中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081; 3.洛阳双瑞特种装备有限公司，河南洛阳471000)

铁路新型32 m简支T梁静载弯曲抗裂性能的试验研究

涂浩1，葛凯2，李葳2，陈鹏举1，姜惠峰1，何平根3

(1.中国铁道科学研究院研究生部，北京100081;2.中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081; 3.洛阳双瑞特种装备有限公司，河南洛阳471000)

首次针对通桥(2005)2101—Ⅰ系列32 m铁路预应力混凝土简支T梁，进行了静载开裂试验和重裂试验，准确评估了该种梁型的抗弯力学性能。试验测试结果:梁体在开裂前处于弹性工作状态，跨中静活载挠度实测值为15.56 mm，接近设计值17.40 mm;跨中截面中性轴高度实测值为1.422 m，接近计算值1.436 m;梁体预应力度和抗裂安全系数实测值分别为1.039和1.256，接近计算值1.047和1.244。该种梁型的实测抗弯刚度和抗裂性能与设计水平相当，试验梁施工质量满足设计要求。

铁路预应力T梁抗裂性试验

1 试验概况

我国客货共线铁路桥梁大多采用双片式预应力混凝土简支T梁的结构形式，常用T形梁设计图号有叁标外桥006A、大(65)-138、专桥2059等。为检验预应力混凝土简支梁的抗弯性能以保证梁体质量符合设计要求，我国颁布的铁路行业标准［1］规定:在静载弯曲试验中应加载至梁体跨中弯矩与1.2倍设计荷载等效的水平，梁体刚度应符合判定标准，全预应力混凝土梁不应出现裂缝。常规的静载弯曲试验［2］可以作为施工质量的检验依据，却无法准确评估梁体的真实预应力水平和抗裂性能。为准确测试梁体的永存预应力水平和验证设计的合理性，需要对梁体进行损伤性的静载开裂试验和重裂试验。文献［3］针对叁标外桥006A系列2片(曲线和直线梁各1片)31.7 m简支T梁，以及文献［4］和文献［5］针对叁标外桥006A系列2片(曲线梁)23.8 m简支T梁以及大(65)-138系列2片(曲线梁)31.7 m简支T梁进行了开裂和重裂静载试验，评估了这几种铁路梁型的永存预应力水平。目前，国内对于2000年以后生产的新型铁路T梁尚缺少抗裂性能试验研究，为深入研究通桥(2005)2101—Ⅰ系列梁型的抗弯性能，在试验场内针对1片32 m简支T梁(曲线边梁)进行静载弯曲试验。静载试验在夜间进行，共进行3个循环的静力加载和测试，第一循环为开裂加载，第二、三循环为重裂加载。

试验梁全长32.6 m，梁高2.542 m，梁体混凝土强度等级为C55，梁体质量(含防水层、保护层)139.3 t。梁体二期恒载为80.81 kN/m(单线一孔)，设计荷载为中—活载，冲击系数为1.193 5。该片梁终张拉龄期为36 d，28 d混凝土强度实测值为60.8 MPa，28 d混凝土弹性模量实测值为39.4 GPa。表1为试验梁的设计参数。

表1 通桥2101-32 m简支T梁(曲线、边梁)设计参数

2 加载和测试方案

2.1 加载方案

梁体架设在两个钢墩之上，每个钢墩顶面安装一个盆式橡胶支座，其中一端为固定支座，另一端为活动支座。静载试验采用5点等值加载，加载点间距4.0 m，作用于腹板中心线上，见图1。通过5台千斤顶和5个反力钢架施加荷载，见图2。加载全过程采用分级加载方式。试验加载和卸载时通过自动化电子操控系统实现对各个油泵的同步控制。

图1 静载试验加载示意(单位:m)

图2 32 m试验梁静载弯曲试验外观

2.2 测试方案

静载试验测点布置见图3、图4，测试内容如下述。

1)施加荷载。通过5个2 000 kN千斤顶同步、分级施加荷载，通过5个2 500 kN荷载传感器测试实际加载值。

图3 跨中附近梁底面应变测点布置(单位:mm)

图4 跨中截面应变测点布置(单位:mm)

2)梁体位移。通过位移计和百分表测试梁体位移，包括支点和跨中截面处竖向位移。

3)梁体应变。通过振弦式应变传感器测试梁体跨中附近截面应变(向固定支座一侧偏移0.5 m)、跨中3.8 m范围内梁底应变。

全部传感器在试验前均经过标定，精度满足试验要求。

图5 开裂试验荷载—位移曲线

3 静载试验测试结果

3.1 刚度测试结果

三阶段静载试验的荷载—位移曲线(图5为第一循环荷载位移曲线)显示，梁体开裂前，跨中截面实测竖向挠度与荷载呈线性关系(相关系数＞0.999 9)，表明梁体处于弹性工作状态。在加载全过程中，扣除支座位移后内、外两侧的竖向挠度始终十分接近。在三个循环的静载试验过程中，梁体开裂前荷载—挠度曲线的斜率始终十分接近，证明梁体开裂前刚度几乎没有变化。

开裂试验、第一次重裂试验及第二次重裂试验中，静活载跨中竖向挠度实测值分别为15.56，15.99和16.41 mm，均≤L/1 835的设计值，对应的挠跨比分别为1/2 057，1/2 001，1/1 950。据开裂试验中挠度实测数据推算出梁体弹性模量为38.2 GPa，高于设计值36.0 GPa。

3.2 抗裂性测试结果

第一循环的开裂试验加载至荷载级K=1.39时观察到跨中截面附近出现2条裂缝，裂缝自梁体下缘外侧倒角沿侧面向上和沿底面向内同时延伸;继续加载到K=1.44时已出现的两条裂缝在底面进一步延伸;继续加载至K=1.50时梁体内侧出现3条裂缝，其中2条在跨中横隔板边缘，裂缝自梁体下缘内侧倒角沿侧面向上和沿底面向内同时延伸，同时梁体外侧新出现了5条裂缝。跨中附近梁体裂缝分布状态见图6。

第二，三循环的重裂试验加载至荷载级K=1.06时观察到跨中截面附近内、外两侧下缘均出现裂缝，裂缝均为开裂试验中出现的原有裂缝(全部用白色粉笔标记)。继续加载，梁体原有裂缝陆续重新出现，加载至荷载级K=1.45仍没有新裂缝出现。

图6 跨中8 m范围内梁体裂缝分布平面展开图(单位:mm)

图7 开裂试验荷载—梁底应变曲线

图8第二次重裂试验荷载—梁底应变曲线

图7 、图8为试验中实测的荷载—梁底应变曲线，可知实测开裂荷载推算最小值Pcr=719.2 kN(加载级K=1.26)，第一次重裂实测重裂荷载推算最小值P0= 567.9 kN(加载级K=1.05)，第二次重裂实测重裂荷载推算最小值P0=560.1 kN(加载级K=1.04)，梁体重裂推算值取二者中较小值:P0=560.1 kN。

如表2所示梁体预应力度实测值为1.039，理论值为1.047;梁体抗裂安全系数实测值为1.256，理论值为1.244。抗裂性能的实测结果与计算结果十分吻合。混凝土塑性系数按照计算值1.417计入，则混凝土极限抗拉强度推算值fct=3.63 MPa，接近设计值3.30 MPa。

3.3 梁体应力分布测试结果

图9为试验梁开裂试验和第一次重裂试验跨中截面实测应变分布图。现场实测结果表明:梁体开裂前，跨中截面应变分布基本符合平截面假定;跨中换算截面中性轴高度理论值为1.436 m，两次试验中实测数据的推算值分别为1.422 m和1.412 m，相对误差分别为-1.0%和-1.7%。两次试验结果十分相近并且与设计值相吻合，说明梁体的截面尺寸与设计是相符的。