浅析高速铁路预制箱梁静载弯曲试验技术

浅析高速铁路预制箱梁静载弯曲试验技术摘要：在国家高速铁路建设“以桥代路，节约用地”的原则下，简支箱梁因其受力简单、明确、形式简洁、外形美观、抗扭刚度大等优点被广泛应用。静载弯曲试验作为评价铁路桥简支箱梁是否合格的重要依据被全国各预制梁场采用。本文结合中交一公局第一工程有限公司周坨子制梁场，ZTZ31.5Z-004号箱梁静载弯曲试验实例，浅析跨度31.5m有砟轨道预制后张法预应力混凝土简支箱梁静载试验并对加载力值及试验结果进行了介绍。

关键词：静载试验；等效荷载；抗裂性；挠跨比

1.工程概况

制梁场设在DK21+400线路右侧，位于新民市周坨子乡境内，占地约135亩。承担着DK10+606.27～DK27+401.66段4座桥198榀箱梁（其中跨度31.5m梁189榀，跨度23.5m梁9榀）的预制及架设任务。预制箱梁为设计时速为250km/h的有砟轨道双线整孔简支箱梁。梁顶板宽12.2m，梁长32.6m，跨度31.5m，梁高2.686m;梁体重量为714.8t。

依据预制箱梁产品标准《高速铁路预制后张法预应力混凝土简支梁》（TB/T3432-2016）、铁路桥梁产品生产许可证实施细则及桥梁静载弯曲试验评定相关标准的要求，对预制箱梁进行静载弯曲试验。以检验箱梁的强度、刚度及承载能力是否满足设计要求，掌握设计荷载作用下的抗裂性及挠跨比。

2.静载试验试验前的准备

2.1静载试验数据

表1

31.5m直线梁静载试验数据

2.2静载试验反力架安装

将静载试验反力架下横梁安放在专用静载台座上，需精确控制其跨度及四角高差，并要求下横梁跨度与试验梁跨度相同，以保证试验过程中支座平稳受力。箱梁安装在下横梁后，用线锤对中箱梁预留静载试验孔。反力架主梁安装同样用上述方法对中试验孔，要求传力精轧螺纹钢不得剐蹭梁体，以保证加载力值的准确。

2.3试验梁支座安装

支座安装时通辽端与新民端高程应保持一致，最大差值不得大于10mm，同一支座左、右侧高差应小于等于2mm，箱梁四支点不平整度小于等于2mm。支座安装完毕后的实测梁体跨度应符合产品标准的要求。

2.4安装支架及百分表

梁体跨中底板下方及支座中心两侧底板下方分别安装磁力座百分表，以观测加载过程中梁体的挠度。磁力座固定在特质的角钢支架上，角钢支架采用63mm规格，焊接成三角斜撑型支架。要求其具有足够的自重及稳定性，防止因大风及试验过程中晃动而影响百分百读数。支架高度不宜过高，以免出现百分表安放时空间不足或不能自由伸出。

本试验测量梁体竖向位移的百分表安装顺序为：1号（通辽端左）、2号（跨中左）、3号（新民端左）、4号（通辽端右）、5号（跨中右）、6号（新民端右）。

2.5静载试验准备结束后，由检验负责人员用放大镜对梁体跨中顺线路方向两侧15.75m范围内的下缘、倒角、圆弧过渡段和底板进行外观检查；并对表面收缩裂缝、表面损伤裂缝及局部缺陷用蓝色铅笔标记。

2.6静载试验前需仔细核对产品档案及相关试验要求，并对油泵、千斤顶、压力表等进行标识，要求必须一一对应，防止出现试验结果不准确及质量安全事故发生。

3.试验条件及仪器、设备

3.1该试验梁终张拉至静载试验当天龄期为37天，满足《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》中规定静载试验在终张拉30天后进行的要求。

3.2试验仪器、设备

3.2.1本次静载试验用千斤顶额定力为2000KN,各级校验系数均小于1.05，满足相关要求。

3.2.2采用沈阳市正保精密仪表厂生产的耐震精密压力表，精度等级为0.25级，符合标准要求的不低于0.4级的要求。

3.2.3压力表标定要求为分级标定，根据相关标准要求，周坨子制梁场压力表标定级差为3Mpa一级，加载速度控制在3KN/s。千斤顶必须与压力表需配套标定，采用压力传感器进行标定，活塞外露量需与试验最大加载力时的外露量一致，这样可以使静载试验时的实际施加荷载与理论施加荷载更接近。

3.2.4千斤顶标定结束后对其数据进行线性回归，相关系数应大于0.9999，且小于等于1。并根据回归方程计算出各级荷载作用下的油压表读数。

3.2.5挠度测量采用哈尔滨量具刃具集团有限责任公司生产的0～50mm及0～30mm量程百分表，最小分度值为0.01mm。

3.2.6静载试验所用计量设备、仪器等均经过辽宁省计量科学研究院检定且鉴定结果符合试验要求。

3.3试验设备及工具

表2试验设备及工具表

注：由于基数级大于0.6级，故取消0.6级。

5.加载过程及控制要点

5.1本试验梁的加载按照相关要求分第一加载循环和第二加载循环循。加载等级用加载系数K表示。由于标准要求“若基数级大于0.6级，则取消0.6级。”经计算该试验梁的基数级大于0.6级，所以取消了0.6级加载。

5.1.1本试验梁各循环的加载等级

第一加载循环：初始状态→0.6（取消)→基数级（静停3min)→0.8（静停3min)→静活载级（静停3min)→1.0（静停20min)→静活载级（静停1min)→基数级（静停1min)→0.6（取消)→初始状态（静停10min)；

第二加载循环：初始状态→0.6（取消)→基数级（静停3min)→0.8（静停3min)→静活载级（静停3min)→1.0（静停5min)→1.05（静停5min)→1.10（静停5min)→1.15（静停5min)→1.20（静停20min)→1.10（静停1min)→静活载级（静停1min)→基数级（静停1min)→0.6（取消)→初始状态

5.2加载试验过程中由10个监表人监控梁顶加力千斤顶情况，并及时进行油泵读数调整，对加载过程中出现的意外情况进行真实记录且立即向现场负责人汇报。

5.3加载过程中应有专人对静载试验架及千斤顶变化情况进行监控，监控主要点：试验架主梁接头位置、千斤顶活塞伸出长度、试验架各部位螺栓、精轧螺纹钢受力情况，如发现异常情况应及时向现场负责人汇报。

6.试验结果分析

静载试验结果见下表5：

表5静载试验结果

从上表5中数据可以看出，该试验梁在1.2倍设计荷载（kf=1.20）作用下，持荷20分钟，梁体未见任何受力裂缝,第二加载循环静活载级实际挠跨比为f（实测）/L=1/4444远小于设计值1.05×(1/3684/1.0028)=1/3518。依据《预应力混凝土铁路桥简支箱梁静载弯曲试验方法及评定标准》（TB/T2092-2003）的规定，本试验梁的挠跨比符合设计要求，抗裂性合格。

结束语

预应力混凝土铁路桥简支梁静载试验，是目前国内、外对梁体强度、刚度及承载能力最常见的检验手段，也是制梁场国家生产许可证审查时最主要的检验项目之一，通过对中交一公局第一工程有限公司周坨子制梁场生产的ZTZ31.5Z-004号箱梁静载弯曲试验结果的分析，表明该试验梁静载试验合格，且具有一定的安全储备。

参考文献：

[1]Q/CR9603-2015.高速铁路桥涵工程施工技术规程[S].中国铁道出版社,2015.

[2]TB/T3432-2016.高速铁路预制后张法预应力混凝土简支梁[S].中国铁道出版社,2016.

[3]TB/T2029-2003.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].中国铁道出版社,2014.

[4]通桥（2016）2229-Ⅰ时速250公里高速铁路预制后张法预应力混凝土简支