朱希同

（中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081）

滬通鐵路為客貨共線鐵路，北起南通平東與寧啟鐵路貫通，向南跨越長江，經(jīng)張家港、常熟、太倉市到上海安亭，全長137.3 km，按國鐵I 級雙線標準建設(shè)，設(shè)計時速200 km。根據(jù)初步設(shè)計批復(fù)意見及滬通鐵路聲屏障設(shè)置情況，滬通鐵路南通至安亭段采用簡支箱梁結(jié)構(gòu)［1-3］。

滬通鐵路全線大量采用預(yù)應(yīng)力混凝土雙線及單線整孔簡支箱梁［4-5］，部分單線梁為適應(yīng)高架站線情況，在通橋（2014）2231-Ⅳ基礎(chǔ)上切除了懸出的單側(cè)翼緣板，對結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了改進。針對截面變化后箱梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計荷載及運架荷載作用下能否滿足設(shè)計要求，開展了靜載試驗予以驗證。

1 箱梁基本參數(shù)

滬通鐵路時速200 km 客貨共線32 m 單線箱梁的圖號為滬通施（橋）參-Ⅲ-11，是在橋（2014）2231-Ⅳ的基礎(chǔ)上切除單側(cè)翼緣板而成，采用單箱單室截面（見圖1）。梁體采用C50 混凝土，預(yù)應(yīng)力鋼絞線公稱直徑為15.2 mm，強度等級為1 860 MPa，彈性模量為195 GPa。箱梁寬6.48 m，長32.6 m，計算跨度31.5 m，梁體質(zhì)量367 t，箱梁橫斷面中心線處梁高2.742 m，頂板厚0.262 m，底板厚0.25 m，腹板厚0.24 m，設(shè)計活載采用中-活載。

圖1 滬通鐵路32m單線箱梁截面（單位：mm）

2 靜載試驗方案

靜載試驗內(nèi)容主要包含靜載彎曲抗裂試驗、梁端受力性能試驗和橋面板受力性能試驗3部分。

2.1 加載方式

1）靜載彎曲抗裂試驗在梁體跨中采用縱向5排每排2 點的集中力方式加載?？v向每排集中力間距為4 m，每排橫向2點集中力間距為3 m，作用于箱梁腹板頂面中心［6］。

2）梁端受力性能試驗采用在梁體跨中縱向3排每排2點集中力+梁端靠近支座中心線處1排2點集中力的方式加載?？缰锌v向每排集中力間距為4 m，每排橫向2 點集中力間距為2.96 m，作用于箱梁腹板頂面中心。梁端1 排距梁端1.13 m，橫向2 點集中力間距為2.96 m。

3）橋面板受力性能試驗采用單排集中力、特種活載、27 t 軸重貨車單個轉(zhuǎn)向架和橋面板應(yīng)力影響線4種荷載進行加載。其中單排集中力、特種活載和27 t軸重貨車單個轉(zhuǎn)向架作用在跨中截面。橋面板應(yīng)力影響線加載采用270 kN 的集中力對影響線共15 個加載點進行加載，加載點間距分別為1 100，550和275 mm。橋面板受力影響線加載方式見圖2，圖中顯示的是對稱布置的一半。

圖2 橋面板受力影響線加載方式（單位：mm）

2.2 測點布置

2.2.1 靜載彎曲抗裂試驗測點

對于梁體變形測試，在箱梁跨中截面和兩端支座中心線截面共布置了6 個撓度測點（百分表），每個截面2 個撓度測點。對于混凝土應(yīng)變測試，箱梁跨中截面左、右側(cè)腹板底緣3 m 范圍內(nèi)各布置縱向應(yīng)變測點15個，測點布置見圖3。

圖3 跨中截面底部混凝土應(yīng)變測點布置（單位：mm）

2.2.2 梁端受力性能試驗測點

在梁端受力性能試驗中，在梁端、腹板外側(cè)、頂板底面和底板頂面布置外貼式鋼弦應(yīng)變計。梁端測點布置見圖4。

2.2.3 橋面板受力性能試驗

在橋面板受力性能試驗中，在頂板底面沿縱向、橫向，跨中截面腹板內(nèi)外側(cè)以及腹板上方頂板內(nèi)分別布設(shè)鋼弦應(yīng)變計。測點布置見圖5。

圖4 梁端測點布置

圖5 頂板底面測點布置（單位：mm）

2.3 試驗荷載

2.3.1 靜載彎曲抗裂試驗

靜載彎曲抗裂試驗加載值見表1。加載分2 個循環(huán)，第1循環(huán)加載至1.0級，第2循環(huán)加載至1.2級。

表1 靜載彎曲抗裂試驗加載值

2.3.2 梁端受力性能試驗

梁端受力性能試驗加載值見表2。加載分2 個循環(huán)，第1 循環(huán)加載至模擬運營最大支反力工況（1 768 kN）；第2 循環(huán)加載至模擬運架最大支反力工況（2 320 kN）。

2.3.3 橋面板受力性能試驗

橋面板受力性能試驗加載值見表3。試驗分別對單點加載、特種活載、27 t軸重貨車單個轉(zhuǎn)向架加載和影響線加載進行了2個加載循環(huán)測試。其中單點加載采用250 kN和270 kN共2個加載級。

表2 梁端受力性能靜載試驗加載值

表3 橋面板受力性能試驗加載值

3 靜載試驗結(jié)果

3.1 靜載彎曲抗裂試驗

靜載彎曲抗裂試驗中，實測第1，2 加載循環(huán)跨中撓度分別為7.507.97 mm，撓跨比分別為1/4199，1/3953，實測值均小于設(shè)計值（1/3915），梁體剛度滿足規(guī)范要求［7］。第2 加載循環(huán)實測跨中撓度見圖6?？梢娍缰袑崪y撓度與荷載呈線性關(guān)系，梁體處于彈性工作狀態(tài)。撓度實測值與理論值有差異主要是因為混凝土彈性模量與設(shè)計彈性模量不一致。根據(jù)實測撓度反推靜載試驗過程中的梁體實際彈性模量為38.1 GPa。

圖6 第2加載循環(huán)實測跨中撓度

第2 循環(huán)加載至1.2 倍設(shè)計荷載過程中，跨中截面下緣3.0 m 范圍內(nèi)底板兩側(cè)混凝土應(yīng)變實測結(jié)果相同，跨中下緣混凝土平均應(yīng)力為8.80 MPa（彈性模量取38.1 GPa），與理論計算值8.81 MPa 一致。跨中底板右側(cè)應(yīng)變與荷載的關(guān)系見圖7?？梢娍缰薪孛嫦戮壐鳒y點的混凝土實測應(yīng)變與加載值保持線性關(guān)系，未出現(xiàn)明顯增大或減小的現(xiàn)象。梁體混凝土拉應(yīng)力最大區(qū)域處于彈性狀態(tài)，加載過程中梁體沒有開裂，抗裂安全性滿足規(guī)范要求［8］。

圖7 跨中底板右側(cè)應(yīng)變與荷載的關(guān)系

3.2 梁端受力性能試驗

梁端受力性能試驗測試結(jié)果見圖8?？芍憾隧敯甯拱宓菇翘?，除5#測點應(yīng)力實測值略大于理論值外，其余各測點實測值均小于理論值，實測5#測點拉應(yīng)力最大值為 4.27 MPa（120×10-6），出現(xiàn)在第 9 級加載時；梁端底板腹板倒角處實測拉應(yīng)力最大值為4.22 MPa，小于理論值，出現(xiàn)在第3 級加載時；梁端頂板底面橫向拉應(yīng)力實測值比理論值大，隨著加載級遞增拉應(yīng)力有所增大，最大為4.71 MPa（133×10-6）；試驗過程中，進人孔各測點橫向受壓，考慮自重及預(yù)應(yīng)力后橫向壓應(yīng)力在0.5 MPa 以上；梁端受力性能試驗全過程各測點處均未開裂，結(jié)構(gòu)受力安全。

圖8 梁端受力性能試驗測試結(jié)果

3.3 橋面板受力性能試驗

采用實體有限元模型對橋面板受力性能進行了計算。橋面板受力性能測試結(jié)果見圖9。

由圖9（a）可知：單點加載和特種活載加載工況，實測最大拉應(yīng)力為2.91 MPa大于理論值（1.75 MPa）；27 t 軸重貨車單個轉(zhuǎn)向架加載工況，實測最大拉應(yīng)力為1.97 MPa，大于理論值（1.36 MPa）；試驗中箱梁頂板底面橫向受拉，實測最大拉力均小于混凝土抗拉強度容許值，測試區(qū)域未發(fā)現(xiàn)混凝土開裂。

圖9 橋面板受力性能測試結(jié)果

由圖9（b）可知：單點加載和特種活載加載工況，實測最大拉應(yīng)力為1.75 MPa，大于理論值（1.07 MPa），實測豎向最大壓應(yīng)力為-2.38 MPa，超過理論值（-1.87 MPa）；27 t軸重貨車單個轉(zhuǎn)向架加載工況，實測跨中腹板頂部豎向最大拉應(yīng)力為1.28 MPa，大于理論值（0.84 MPa），實測豎向最大壓應(yīng)力為-1.56 MPa，超過理論值（-1.46 MPa）；試驗中實測拉、壓應(yīng)力均小于混凝土強度容許值，測試區(qū)域未發(fā)現(xiàn)混凝土開裂。

由圖9（c）、圖9（d）可知：270 kN 集中力沿縱向加載15個點，總體上影響線變化趨勢符合理論預(yù)期，荷載主要對加載點4～6 m范圍內(nèi)混凝土應(yīng)力產(chǎn)生影響；橋面荷載作用下，梁體頂板底面與頂板頂面（對應(yīng)腹板上方）橫向均受拉，腹板頂部外側(cè)豎向受拉，內(nèi)側(cè)豎向受壓。

4 結(jié)論

滬通鐵路時速200 km 客貨共線32 m 單線箱梁（圖號滬通施（橋）參-Ⅲ-11）靜載試驗結(jié)果如下：

1）靜載彎曲試驗結(jié)果表明，箱梁最大靜活載撓度為7.97 mm，撓跨比為1/3953，小于設(shè)計值，梁體剛度滿足設(shè)計要求；在1.2 倍設(shè)計荷載作用下，實測跨中下緣應(yīng)變與荷載呈線性關(guān)系，梁體處于彈性狀態(tài)，沒有發(fā)現(xiàn)開裂現(xiàn)象，梁體抗裂性能滿足設(shè)計要求。

2）梁端受力性能試驗結(jié)果表明，加載至架梁最大支反力時，梁端端面最大拉應(yīng)力實測值與理論計算值比較一致，測試區(qū)域未發(fā)現(xiàn)可見裂縫，結(jié)構(gòu)受力安全。

3）橋面板受力性能試驗結(jié)果表明，梁體頂板底面橫向拉應(yīng)力最大值為2.91 MPa，腹板外側(cè)頂部豎向拉應(yīng)力最大為1.75 MPa，均發(fā)生于特種活載加載時；測試區(qū)域未發(fā)現(xiàn)可見裂縫，結(jié)構(gòu)受力安全。

4）經(jīng)試驗驗證，滬通鐵路時速200 km 客貨共線通用32 m單線箱梁（圖號滬通施（橋）參-Ⅲ-11）的各項受力性能符合設(shè)計及相關(guān)規(guī)范要求。