铁路32m预应力混凝土简支梁静载弯曲抗裂试验.pdf

2 0 1 0年第 5期 铁道建筑 Ra i l wa y En g i n e e r i ng 文章编号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 0 ) 0 5 0 0 0 1 0 4 铁 路 3 2 1 1 1 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 ， 北京1 0 0 0 8 1 ；2 武 广客运专线有 限公 司 武汉4 3 0 0 5 0 ) 摘要 ： 对 武广客 运 专 线广 州动 车段 工程 使 用 的 3 2 m 预 应 力混 凝 土 简支 梁 ， 分早 期 和 后 期 各 随机 抽 取 一 片 简支 梁进 行静 载 弯 曲抗 裂试 验 ， 以检 验 这批 简支 梁的质 量及 使 用性 能 。试 验表 明 ： 两片试验 梁的挠跨 比均 小 于设计 值 ， 跨 中 下缘 实测应 变与荷 栽基 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 。 关键词 ： 客 运 专线 简 支梁 弯 曲抗 裂 静载 试验 中图分 类 号 ： U 4 4 6 1 文 献标 识 码 ： B 1 试 验梁概况 本批 3 2 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 2 0 0 8年 9月 至 1 1月 共 生产 3 2 m曲线简支 T梁 3 3片 ， 并在梁体混凝土强度 达到 3 3 5 MP a时进行初张拉 ， 梁体混凝土强度达到规 范 规定 的 5 8 5 M P a 、 弹 模 达 到 3 6 G P a和 龄 期 不 少 于 1 4 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 3 0 d ， 3 3片 3 2 n l 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 的要求 。 由于该 3 3片梁 所 用 的 1 3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 2 0 0 9年 3月 对 3 3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 3 2 m简支梁的质量和使 用 性 能 ， 两 片 梁 的 编 号 分 别 为 P L 3 2 Q Z Z H- 0 0 5 和 P L 3 2 Q Z B H - 0 7 8 。 P L 3 2 Q Z Z H 0 0 5梁 图 号 为 “ 通 桥 ( 2 0 0 5) 2 1 0 1 一 I一 6 ” ， 系 曲 线 中 梁 ， P L 3 2 Q Z B H一 0 7 8 梁 图 号 为 “ 通 桥 ( 2 0 0 5 ) 2 1 0 1 I一 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 3 2 6 1T I ， 跨 度 为 3 2 m，梁 高 2 5 2 3 m。 P L 3 2 Q Z Z H- 0 0 5梁质量 1 2 9 2 8 3 t ， 顶面宽 1 7 0 m， 马蹄 形 底 面宽 0 8 8 m。P L 3 2 Q Z B H 一 0 7 8梁 质 量 1 3 9 2 8 3 t ， 顶 面 宽 2 1 0 m， 马蹄 形底 面 宽 0 8 8 m。试 验 时两 片梁 防水层均 已铺设 ， 梁体预制资料见表 1 。 收稿 日期 ： 2 0 0 9 - 1 1 - 2 4； 修 回日期 ： 2 0 1 0 - 0 1 1 5 作者简 介： 荆龙 江( 1 9 8 0 ) ， 男 ， 山西运城人 ， 助理研究员 ， 博 士。 表 1 3 2 i n预应力混凝 土简 支试 验梁预制资料 P L 3 2 QZ Z H0 0 5 P L 3 2 Q Z BH 0 7 8 项 日 验 梁 验 梁 设计 图号 T梁全长 支点间距 梁体混凝土设计 强度 灌 筑 日期 终 张 日期 终张时混凝 土强度 弹模 2 8 d时混 凝土强度 弹模 2 00 9 3 1 3 试验 日期( 距终 张时间 ) ( 1 3 5 d ) 2 简支梁 静载弯 曲抗 裂试验设计 P L 3 2 Q Z Z H一 0 0 5和 P L 3 2 Q Z B H 0 7 8梁 静 载 试 验 分 别 在 终 张拉 后 1 3 5 d及 7 2 d时 进行 ， 满 足 试 验 梁 3 0 d 后 进 行静 载试 验 的规 定 。 试验时用厚 钢板及石棉 板组合调 整支座高度 ， T 梁 移 人试 验 台座 后 ， 经测 量 ， 两支 座 间实 测跨 度符 合试 验标准要求 ， T梁支座高度一致 ， 受力均衡。 2 1加载 方 式 根据试验标准 ， 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 。 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 2 铁道建筑 l l 1 l l I = 口 鲁 b O 3 2 0 0 0 3 b 图 1 3 2 m预应力混凝土简支梁静载试验加载 图式 ( 单位 ： m m) 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 。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。 腹板 中心线 I - _ - 4 东 - - 西 一 I I 一 固 试验梁跨中 厂一 一 一 墓 北 i ll 南 i = = 图 2 3 2 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 P L 3 2 Q Z Z H- 0 0 5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。 第 二 静载 宿 环 口 ， 口 。 一 J 一 口 l 1 n 口 I l I 3 0 4ml l ex f 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 跨中平均挠度， m m f a ) P L 3 2 Q Z Z H 一 0 0 5 梁 堇 柱 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。 蚤 晕 薛 柱 ： 魁 第 二 静 鑫 循 环 I ， 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 o 0 1 0 0 0 实际荷载 k N 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 ： P L 3 2 Q Z Z H- 0 0 5梁第一、 第二加载 循环 跨 中静 活 载挠 度 最 大 值 分 别 为 1 3 2 6 mm 和 1 3 0 4 m m， 挠跨 比分别 为1 2 4 1 3 、 1 2 4 5 4 ， 静 活载挠 跨 比设计值为1 1 7 7 1 ； P L 3 2 Q Z B H - 0 7 8梁第一、 第二加 载循环跨 中静活载 挠度最 大值分 别为 1 2 6 0 m m 和 1 2 0 0 m m， 挠跨 比分别 为1 2 5 4 0 、 1 2 6 6 7 ， 静活载挠 跨比设计值为1 1 8 6 9 。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 P L 3 2 QZ Z H一 0 0 5梁跨 中下缘 纵 向应 力 第 二静 载 循 l环 j j 1 1 K ，。 【 l 也级 I l 1 5 1 0 l 5 2 0 2 5 3 O 3 5 跨中平均挠 mm C o ) P L 3 2 QZB H- 0 7 8 粱 图 4 3 2 i n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 咖 咖 伽 瑚 0 瑚 姗 伽 瑚 o 啪彻 伽姗枷 。 2 0 1 0年第 5期 铁路 3 2 m预应力混凝土简支梁 静载弯 曲抗裂试验 3 实测 P L 3 2 Q Z Z H一 0 0 5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 1 8 9 0 MP a ( 应 变 值 5 2 51 0 ) 和 l 7 7 5 MP a ( 应 变 值 4 9 3 X 1 0 ) ， 两 侧 平 均 为 1 8 3 2 5 M P a ( 弹性模 量 E=3 6 01 0 MP a ) ， 曲线 中梁 在 运 营 阶段设计预压应力为 2 1 MP a ， 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 l 0个测点， 即 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 P L 3 2 QZ Z H- 0 0 5梁纵 向应 力 沿梁 高分 布 P L 3 2 Q Z Z H 0 0 5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 Z 辑 枢 珊 一 7 ， 、 、 ， 一0 一测点l 一涮 一 一测点3 测点4 、 o 一 测 点 5 Z 辐 柱 魁 距梁底 1 3 5 9 m， 东侧距 梁底 1 3 4 1 IT I ， 平均值 1 3 5 0 m， 与设 计计 算 中性 轴 高度 1 3 9 9 n l 基本 一 致 。 4 3 P L 3 2 QZ B H- 0 7 8梁跨 中下缘纵 向应 力 P L 3 2 Q Z B H 0 7 8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 1 6 7 9 MP a ( 应 变值 4 6 6 41 0 ) 和 l 8 1 9 MP a ( 5 0 5 41 0 ) ， 两 侧 平 均 为 1 7 4 9 MP a ( 弹 性 模 量 E= 3 6 01 0 MP a ) ， 曲线边梁在运营 阶段设计预 压应力为 2 0 5 MP a ， 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 1 O个 测点 ， 即 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 P L 3 2 QZ B I -I - 0 7 8梁纵 向应 力 沿梁 高分 布 P L 3 2 Q Z B H 0 7 8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 ， 口 A 。 一测 点 6 ， X X 测 点 8 - ( 测 点 1 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 应变 1 0 应变 1 0 ( a ) 西侧梁底 测点 ( b ) 东侧梁底一 测点 图 5 第二循环荷载作用下 3 2 m预应力 混凝土简支梁跨 中下缘 1 5 m内各测点应变值 2 5 2 0 1 5 惶 璃 I 1 0 0 5 0 一 - o 一0 6 O 气 _0 8 O t l 0 0 、 一1 05 l 1 0 一o _ 1 l 5 十l 2 0 口 4 3 【 x ) - 2 0 01 0 0 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 应变 1 0 ( a ) 西侧梁高测点 幄 3 0 0 2 O 0 1 O 0 0 l 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 应变 X 1 0 ( b ) 东侧梁高测点 图 6 第二循环荷载作 用下 3 2 m预应力混凝土简 支梁 跨中沿梁高方 向各测 点应变 值 蝴 枷姗瑚 o 瑚 0 4 铁道建筑 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 5 结论 Z 搦 握 魁 户 ： 。 ， 。 ， 声 0 夕 ， ， ， ， 一 一 测点3 ， v 一 测 点 4 ， 一 测点5 1 O 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 应变 1 0 - ( a ) 西侧梁底 测点 距梁底 1 3 7 5 i n ， 东侧距梁底 1 4 3 0 m， 平均值 1 4 0 3 1T I ， 与设计计算中性轴高度 1 4 2 6 m基本一致。 Z 鞯 柱 魁 尸 “L 一 一 c | 。 ， J 口 。 一 测点 6 y 卜 _测 点 8 L 涡 0 ， 1 O O 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 应 变 1 0 ( b ) 东侧梁底 测点 图 7 第二循环荷载作用下 3 2 i n预应力混凝土简支粱跨 中下缘 1 5 m内各测点应 变值 2 5 2 0 g 1 5 幢 璃 If 1 0 0 5 0 一 一0 6 0 饕 。0 8 0 l O 0 _ 日 一】05 一 l 1 O o _ 1 l 5 一 l 2 O 、 1 3 0 0- 2 0 0-1 0 0 0 1 O 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 应变 X I O ( a ) 西侧梁 高测点 2 5 2 0 g 1 5 褪 觥1 0 O 5 0 一0 6 0 祷幂q 0 8 0 o r 1 O 0 ，U， l 0 l 5 2 0 、 3 0 0- 2 0 0 -1 0 0 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 应变 Xl O 【 b ) 东侧梁高测点 图 8 第二循环荷载作用下 3 2 m预应力 混凝 土简支梁跨 中沿梁高方 向各测点应变值 1 ) 实测 P L 3 2 Q Z Z H 0 0 5梁第一 、 第二加载循环 ， 跨 中静活载挠度分别为 1 3 2 6 m m和 1 3 0 4 1T i m， 挠跨 比 分别 为 1 2 4 1 3 、 1 2 4 5 4 ， 静 活 载 挠 跨 比 设 计 值 为 1 1 7 7 1 ； P L 3 2 Q Z B H一 0 7 8梁第一 、 第二加载循 环， 跨 中 静活 载挠度 分 别 为 1 2 6 0 mm 和 1 2 O 0 h i m， 挠跨 比分 别 为 1 2 5 4 0 、1 2 6 6 7 ，静 活 载 挠 跨 比 设 计 值 为 1 1 8 6 9 。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 P L 3 2 Q Z Z H 0 0 5梁跨 中底面两侧 1 5 m区域 内混凝土的平 均拉应 力 为 1 8 3 2 5 M P a ， 曲线 中梁在 运 营阶 段设 计 预 压应 力 为 2 1 MP a ； P L 3 2 Q Z B H- 0 7 8梁跨 中底面两侧 1 5 m 区 域内混凝土的平均拉应力 为 1 7 4 9 MP a ， 曲线边梁在 运营阶段设计预压应力为 2 0 5 0 MP a 。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 。 P L 3 2 Q Z Z H- 0 0 5梁 中性 轴位 置 距 梁底 1 3 5 0 I T I ， 与设计 计算值 1 3 9 9 i n基本 一致 ； P L 3 2 Q Z B H- 0 7 8梁 中性 轴 位置距梁底 1 4 0 3 IT I ， 与设计计算值 1 4 2 6 m基本一 致 。 参 考 文 献 1 中华人 民共 和 国铁道 部T B T 3 0 4 3 -2 0 0 5 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 ， 2 0 0 5 2 中华人 民共 和 国铁 道部T B T 2 0 9 2 -2 0 0 3 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 ， 2 0 0 3 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 ， 2 0 0 9 ( 3 ) ： 6 3 - 6 5 ( 责任审编孟庆伶) 渤 伽 瑚 枷 瑚0