汪新凱

（中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司，四川成都 610036）

0 引言

裝配式橋梁在鐵路工程建設(shè)中的應(yīng)用比例逐年增加，是混凝土橋梁工業(yè)化的發(fā)展方向。節(jié)段預(yù)制膠接拼裝簡支箱梁是梁部裝配式的一種重要形式，相較于整孔預(yù)制架設(shè)箱梁，具有節(jié)段運輸方便、節(jié)省成本、操作更安全等特點。

節(jié)段預(yù)制膠接拼裝簡支箱梁按照拼裝工藝可分為濕接法和膠（干）接法。濕接法是指所有預(yù)制節(jié)段吊裝就位后，通過在接縫處現(xiàn)澆混凝土，連接相鄰節(jié)段，在現(xiàn)澆段內(nèi)有相互連接的鋼筋，該方法已在鐵路工程中得到較廣泛的應(yīng)用。膠接法是指預(yù)制節(jié)段吊至橋位后，按照順序通過剪力鍵、黏接膠和臨時預(yù)應(yīng)力將所有節(jié)段黏連在一起，再張拉永久預(yù)應(yīng)力成為整體。膠接法在鐵路工程中的應(yīng)用較少，因此缺乏系統(tǒng)性的研究，行業(yè)內(nèi)缺少成熟的設(shè)計、施工以及靜載彎曲試驗的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

以孟加拉國某鐵路項目38m 節(jié)段預(yù)制膠接拼裝簡支箱梁（簡稱節(jié)段梁）為例，在總結(jié)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，通過實橋靜載彎曲試驗的方法，研究節(jié)段梁的抗彎、抗裂性能以及彎曲靜載試驗中需特別注意的事項，為后續(xù)類似工程提供參考。

1 試驗節(jié)段梁概況

該項目為單線客貨共線鐵路，設(shè)計速度客車120km/h、貨車80km/h，設(shè)計活載為印度25t Loading-2008 軸重活載，梁體采用預(yù)應(yīng)力混凝土節(jié)段預(yù)制膠接拼裝簡支箱梁，采用短線法預(yù)制施工，不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力，且要求抗裂系數(shù)不低于1.2[1]。簡支箱梁梁長37.88m，計算跨度為36.38m，采用單箱單室直腹板箱梁形式，縱向劃分12 個節(jié)段，箱梁頂板寬8.45m，底板寬4.8m，梁高2.4m[2]。簡支箱梁采用M50 鋼筋混凝土，鋼筋采用Fe500D 鋼筋，鋼絞線采用高強度低松弛鋼絞線，抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值fpu=1860MPa。

2 彎曲靜載試驗方法

2.1 節(jié)段梁靜載試驗的特點

目前，國內(nèi)鐵路橋梁靜載試驗執(zhí)行規(guī)范為《簡支梁試驗方法預(yù)應(yīng)力混凝土梁靜載彎曲試驗》（TB/T 2092—2018），該規(guī)范適用范圍為：標(biāo)準(zhǔn)軌距設(shè)計、廠（場）制預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁的質(zhì)量檢驗，其他類型預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁可參照使用[3]。

該項目梁體采用預(yù)應(yīng)力混凝土節(jié)段預(yù)制膠接拼裝簡支箱梁的結(jié)構(gòu)形式，與上述試驗規(guī)范中適用范圍的簡支梁存在以下區(qū)別：

第一，該項目軌距為1676mm，非標(biāo)準(zhǔn)軌距，活載采用印度25t Loading—2008 軸重，非附錄所列的標(biāo)準(zhǔn)活載，超出規(guī)范限定范圍。

第二，非標(biāo)準(zhǔn)活載不可采用規(guī)范附錄A 中的“等效荷載加載撓度修正系數(shù)Ψ”，應(yīng)另行計算[4]。

第三，由于在膠接縫附近鋼筋不連續(xù)，試驗加載位置、步驟和標(biāo)準(zhǔn)可能不同。

第四，節(jié)段梁無法直接采用規(guī)范附錄C 中的“預(yù)應(yīng)力混凝土靜載彎曲試驗加載計算”計算加載值，需另行計算。

目前，國內(nèi)尚無節(jié)段梁靜載試驗案例，上述規(guī)范的適應(yīng)性雖有待研究，但可參照使用。

2.2 試驗設(shè)計

由于上述原因，該箱梁彎曲靜載試驗的加載點、加載值以及相關(guān)修正系數(shù)需另行計算。由于軌道板等二期恒載尚未施工，因此試驗梁使用裸梁進行加載試驗[5]。

由于試驗梁為節(jié)段拼裝梁，規(guī)范規(guī)定的加載點部分落在拼接縫位置，直接施加集中力可能導(dǎo)致拼接縫處存在風(fēng)險，因此將加載點設(shè)置在各節(jié)段中間位置，共計10 個；同時考慮結(jié)構(gòu)安全，橫向加載在腹板上方。加載情況如圖1 所示。

圖1 縱橋向等效集中力位置（單位：mm）

2.3 參數(shù)計算

2.3.1 等效力臂α

式（1）中：L為計算跨度（m）；M為跨中彎矩（kN·m）；R為支點反力（kN）；Xi為各加載點至跨中的距離（m）；n為加載截面?zhèn)€數(shù)。

得：α=M/P=100.65

2.3.2 預(yù)應(yīng)力損失完成率

根據(jù)梁體終張日期至加載日期的天數(shù)，根據(jù)插值法計算混凝土收縮徐變的預(yù)應(yīng)力損失σL6完成率：η1=0.43；鋼筋松弛應(yīng)力損失σL5完成率：η2=1.00。

2.3.3 各級加載彎矩和單個加載點數(shù)值計算

該箱梁彎矩靜載試驗采用錨樁+分配梁+千斤頂?shù)膫髁π问?，每個加載點設(shè)備的質(zhì)量為Ps=109（kg），每一級加載千斤頂?shù)臉?biāo)定值均應(yīng)考慮加載設(shè)備質(zhì)量的影響?？紤]未鋪設(shè)防水層和剪力滯效應(yīng)的影響，根據(jù)下列公式進行計算：

式（2）～（3）中：ΔMs為未完成的預(yù)應(yīng)力損失的補償彎矩（kN·m）；Δσs為未完成的預(yù)應(yīng)力損失值（MPa）；Ap為跨中截面預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積（m2）；W0為跨中截面下緣換算截面抵抗矩（m3）；A0為對跨中截面換算截面面積（m2）；e0為跨中截面預(yù)應(yīng)力合力中心只換算截面重心距離（m）；Mk為各加載級下跨中彎矩（kN·m）；λq為跨中截面均布荷載剪力滯系數(shù)；λp為跨中截面集中荷載剪力滯系數(shù)的比值；K為加載等級；Mz為梁體質(zhì)量對跨中彎矩（kN·m）；Md為二期恒載質(zhì)量對跨中彎矩（kN·m）；Mh為活載對跨中彎矩（kN·m）；Mf為防水層質(zhì)量對跨中彎矩（kN·m）；Ms為加載設(shè)備質(zhì)量對跨中彎矩（kN·m）。

計算可得各級加載彎矩和單個加載點數(shù)值。箱梁靜載試驗在橋位進行，梁體仍作運營使用，考慮混凝土梁在運營使用中的結(jié)構(gòu)安全性，該試驗最高加載至1.05 級。

2.4 試驗設(shè)備和方法

靜載試驗的加載系統(tǒng)以鋼管樁為地錨，為加載提供抗拔力，再通過橫梁、分配梁、吊桿和千斤頂將外力傳遞至梁體。觀測儀器設(shè)備有千斤頂、油表、百分表等。

梁體撓度測點布置在跨中和支座兩側(cè)，撓度基準(zhǔn)梁需獨立設(shè)置，避免受到其他干擾，共布置3 個監(jiān)測斷面、6 個撓度觀測點。

在以跨中截面為中心的縱向兩側(cè)2.4m 范圍的箱梁底部布置應(yīng)力測點。為加強觀測，獲得更多關(guān)鍵數(shù)據(jù)，在跨中3 條拼縫處跨縫安裝應(yīng)變計，選取3 個預(yù)應(yīng)力齒塊位置安裝應(yīng)變計，共計安裝33 個表面式振弦應(yīng)變計。

靜載試驗前，用放大鏡對箱梁跨中底面和兩側(cè)下緣進行外觀初檢，記錄和標(biāo)記梁體初始裂縫及局部缺陷。在試驗過程中，每級加載后，仔細(xì)檢查梁體跨中底面和兩側(cè)下緣是否出現(xiàn)裂縫。如出現(xiàn)新裂縫或初始裂縫延伸，應(yīng)記錄和標(biāo)記荷載等級、裂縫寬度和長度。

靜載試驗的最大加載級為1.05 級，采用2 次循環(huán)加載，節(jié)段箱梁靜載試驗加載程序如表1 所示。

表1 節(jié)段箱梁靜載試驗加載程序

3 試驗數(shù)據(jù)分析與梁體評定

3.1 梁體剛度評定

梁體的實測撓度等于跨中截面的豎向位移量減去支座沉降量，實測撓度與計算撓度比較見表2。

表2 節(jié)段箱梁實測撓度與計算撓度比較

由表2 可知，第一循環(huán)靜活載級撓度與基數(shù)級撓度之差fkb-fka=14.88mm-5.69mm=9.19mm；第二循環(huán)靜活載級撓度與基數(shù)級撓度之差fkb-fka=15.45mm-5.38mm=10.07mm；理論計算靜活載級撓度與基數(shù)級撓度之差為23.6mm-10.3mm=13.3mm。兩次循環(huán)撓度基本一致，表明箱梁仍處于彈性階段，且兩次循環(huán)的靜活載撓度均小于設(shè)計值Ψ，梁體剛度評定合格。

3.2 梁體抗裂評定

在1.05 級最大等效荷載持荷20min 下，梁底實測的壓應(yīng)力減小值最大為7.9MPa，小于理論計算的9.69MPa；預(yù)應(yīng)力齒塊附近未發(fā)生崩裂現(xiàn)象，齒塊實測的壓應(yīng)力減小值最大為4.3MPa，小于理論計算的6.94MPa。在各加載等級下，實測的最大應(yīng)力值均小于理論計算值，箱梁在工作荷載作用下全截面受壓、無拉應(yīng)力，滿足設(shè)計要求。

試驗前，用放大鏡在梁體底面和兩側(cè)下緣的8～12m 范圍內(nèi)進行外觀初檢，未發(fā)現(xiàn)裂縫；在最大1.05級荷載持荷20min 下，在梁體底面、底部倒角未發(fā)現(xiàn)受力裂縫，因此判定梁體抗裂評定合格。

對于不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力的預(yù)應(yīng)力梁，梁體豎向剛度和抗裂性均合格，因此可判定該節(jié)段箱梁靜載彎曲試驗合格。

4 結(jié)論

其一，試驗節(jié)段箱梁兩次循環(huán)撓度基本一致，說明箱梁處于彈性階段，兩次循環(huán)的靜活載撓度均小于設(shè)計值Ψ，說明梁體剛度評定合格。

其二，試驗節(jié)段箱梁在最大1.05 級荷載持荷20min 下，全截面受壓、無拉應(yīng)力，在梁體底面、底部倒角未發(fā)現(xiàn)受力裂縫，說明梁體抗裂評定合格。

其三，考慮干膠接縫一定范圍的鋼筋不連續(xù)，建議縱向加載點布置盡量避開接縫，同時應(yīng)根據(jù)等效原理，重新計算試驗相關(guān)參數(shù)。

其四，當(dāng)實際情況與現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的軌距、活載、梁體計算跨度不同時，亦建議根據(jù)等效原理，重新計算試驗相關(guān)參數(shù)。