32m/900t预应力混凝土先张箱梁静载试验方法

摘要

本发明公开了一种32m/900t预应力混凝土先张箱梁静载试验方法，包括搭建试验台，布置试验梁体、安装配重和设置试验设备，并依顺序逐步进行三个循环的加载试验，从而有效的对32m/900t级先张箱梁进行抗裂试验、开裂试验和破坏试验，对32m先张箱梁的设计、施工工艺、施工质量以及箱梁的抗裂和强度性能进行了验证。

说明书

技术领域

本发明涉及一种静载荷试验方法，特别是一种可以应用于32m/900t预应力混凝土先张箱梁抗裂试验、开裂试验和破坏试验的静载试验台座和静载弯曲试验方法。

背景技术

目前，在京津城际铁路、合宁、合武、郑西等客运专线桥梁均采用了32m/900t级预应力混凝土箱梁，箱梁需进行1.2级荷载下静载弯曲抗裂试验，加载力约1400t，所采用的静载试验台座承受力约1500t。而合宁铁路3孔32m/900t级先张箱梁除进行抗裂试验外，还要对其进行开裂试验和最大2.0级的破坏试验，所采用的静载试验台座承受力约3000t，远远超过了1.2级荷载下的加载力，现有的试验台和试验方法无法满足试验要求，无法对32m先张箱梁的设计、施工工艺、施工质量以及箱梁的抗裂和强度性能进行验证。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种可对32m/900t预应力混凝土先张箱梁进行抗裂试验、开裂试验和破坏试验的静载试验台座和静载弯曲试验方法。

本发明的技术方案是：

一种32m/900t预应力混凝土先张箱梁静载试验方法，其特征在于，其试验台包括有两端的试验台座，试验台座间设有钢筋混凝土框架结构的地基梁，地基梁间设用于加载配重的端横梁和中横梁，地基梁内预埋有锚固杆，锚固杆、吊杆及扁担梁均为钢结构，采用螺栓联结；并按照以下步骤进行试验：

a.首先将配重吊至静载试验台座两地基梁间的端横梁上，再将静载试验先张箱梁移至地基梁上的台座上并安装好支座，将拉杆穿过试验梁体预埋静载孔并和地基梁上的预埋锚固杆栓结，联结扁担梁和拉杆，调整拉杆和扁担梁至设计位置，在先张箱梁顶部和扁担梁之间安装千斤顶，千斤顶连接有油表、油路、油泵，油泵供油，同一个扁担梁下的两个千斤顶并联，每台千斤顶另配有阀门可单独控制，千斤顶顶压梁体对梁体加力进行静载试验；

b.在先张箱梁上布置外贴振弦式应变测点、内埋应变测点、挠度测点、压力荷载传感器，各测点和传感器的数据由数据采集模块记录并直接传入计算机；

c.分三个循环进行静载弯曲试验，第一循环荷载加载至1.0倍设计荷载，共分为5级；第二循环为开裂试验，荷载加载至1.55倍设计荷载，共分为15级；第三循环为破坏试验，荷载加载至2.0倍设计荷载，共分为19级；每级加载间隔为3～5分钟，在每级加载完成时读取测点数据，在第一和第二循环的1.0及1.2倍设计荷载时持荷20分钟，观察梁体裂缝。

本发明的有益效果是：该静载试验方法可以成功对32m/900t级先张箱梁进行抗裂试验、开裂试验和破坏试验，对32m先张箱梁的设计、施工工艺、施工质量以及箱梁的抗裂和强度性能进行了验证。

附图说明

图1是本发明的静载试验台座纵截面布置示意图。

图2是静载试验台座横截面布置示意图。

图3是跨中截面上测点的布置图。

图4是预应力筋折点截面上的测点布置图。

图5是先张箱梁静载试验的加载示意图。

图6是先张箱梁静载试验的加载示意图。

其中，附图标记：1为试验台座，2为先张箱梁，3为扁担梁，4为吊杆，5为锚固杆，6为地基梁，7为配重，8为外贴测点，9为内埋测点，10为千斤顶。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

32m/900t预应力混凝土先张箱梁静载试验方法，其试验台包括有两端的试验台座1，试验台座1间设有钢筋混凝土框架结构的地基梁6，地基梁6间设用于加载配重7的端横梁和中横梁，地基梁6内预埋有锚固杆5，锚固杆5、吊杆4及扁担梁3均为钢结构，采用螺栓联结，如图1和图2所示。

试验步骤如下：

首先将配重7吊至静载试验台座两地基梁6间的端横梁上，再将静载试验先张箱梁2移至地基梁6上的台座上并安装好支座，将拉杆穿过试验梁体预埋静载孔并和地基梁6上的预埋锚固杆5栓结，联结扁担梁3和吊杆4，调整吊杆4和扁担梁3至设计位置，在先张箱梁2顶部和扁担梁3之间安装千斤顶10，千斤顶10连接有油表、油路、油泵，油泵供油，每台千斤顶10另配有阀门可单独控制，千斤顶10顶压梁体对梁体加力进行静载试验，加载位置如图5、6所示。

其次，在先张箱梁2上的跨中、1/4截面共布置外贴测点8和内埋测点9，其中外贴振弦式应变测点88个，另有内埋应变测点32个，其中在箱梁两侧跨中下翼缘3.0m范围内，布置外贴振弦式应变测点30个；同时，布置挠度测点6个(采用百分表)，压力荷载传感器10个。外贴及内埋振弦式应变测点布置见图3、4。6个挠度测点分别布置在4个支座中心的侧面及跨中两侧底面。各测点和传感器的型号和精度如表1所示。

表1  静载试验主要仪器、设备汇总

序号    名称    型号    性能指标  数量  1自动综合测试系统  JMZX-2000测试范围：0-5000pa测试精度：±0.5％  2台  2综合采集模块  JMZX-16A  JMZX-32A测试范围：0-5000pa测试精度：±0.5％  2个  2个  3智能数码应变传感器  JMZX-212A  JMZX-215A测试范围：±10000pa测试精度：±0.5％  88个  32个  4精密水准仪  TG-2测试范围：测试精度：±0.1mm  2台  5压力传感器最大负荷：2500kN测试精度：±0.5％F S  10台  6百分表测试范围：0-50mm测试精度：±0.01mm  6  个

静载试验中，一个扁担梁3下的两台千斤顶10并联，每台顶旁另配有阀门可单独控制，加载速度较快且能保证各顶力基本一致，振弦式应变传感器结果由数据采集模块记录并直接传入计算机，试验数据基本实现了自动化采集，每级数据采集时间可控制在3分钟内。

在完成上述工序后，对先张箱梁2共进行三个循环的静载弯曲试验，第一循环荷载加载至1.0倍设计荷载，共分为5级，每点最大荷载为1078kN；第二循环为开裂试验，荷载加载至1.55倍设计荷载，共分为15级，每点最大荷载为1913kN；第三循环为破坏试验，荷载加载至2.0倍设计荷载，共分为19级，每点最大荷载为2606kN。每级加载间隔(包括测读时间)为3～5分钟，在第一和第二循环的1.0及1.2倍设计荷载时持荷20分钟，观察梁体裂缝。

在本实施例的实测中，第一、第二和第三加载循环跨中静活载挠度分别为6.54mm、6.48mm和6.33mm，挠跨比分别为1/4817、1/4861和1/4976，满足设计不大于1/3982的要求。第二循环加载至1.2倍设计荷载时，实测跨中挠度平均为19.19mm，小于设计计算值20.97mm。

第二循环加载至1.2倍设计荷载，分布于箱梁两侧跨中3.0m范围内的30个测点的实测应变与荷载基本保持线性关系(相关系数均大于0.999)，未出现明显增大或减小，试验箱梁拉应力最大的区域仍处于弹性状态；加载至1.45倍设计荷载，仪表显示出应变有明显增大；加载至1.5倍设计荷载，跨中下缘出现肉眼可见的裂缝。

分析跨中应力测试结果，箱梁开裂荷载为1722.8kN，荷载等级为K₁＝1.422(设计为1.39)，比设计值略大2.3％。

在1.2倍设计荷载作用下，实测试验箱梁跨中两侧下缘的应力分别为12.08MPa和12.02MPa，平均12.05MPa，与相应计算值11.55MPa相当接近。

开裂试验测试结果表明，梁端出现斜裂缝的荷载为1766 kN，相应的荷载等级为K_f＝1.45。

根据应力实测结果，推算箱梁跨中截面中性轴高度为1.642m，与设计值1.765m相差6.97％，实测底板平均厚度比设计值(300mm)大4.33％，其余梁体各部结构尺寸控制较好。

第三循环重裂试验中，加载至设计荷载时，实测挠度及跨中下翼缘应变均与荷载呈线性关系，梁体下缘尚未消压；加载至1.15倍设计荷载时，实测应变和挠度均有明显增大，说明梁体已经消压、进入线弹性阶段；加载至1.25倍设计荷载，跨中下缘原裂缝已肉眼可见；加载至1.35倍设计荷载时，跨中下缘出现了新裂缝。

根据跨中应变测试结果，试验箱梁重裂荷载为1246kN，相应的荷载等级为K_f＝1.109(设计为1.08)。

试验箱梁折点截面斜裂缝开裂荷载为2128kN，换算弯矩为116508kN·m，相应的荷载等级为K_f＝1.69；折点截面弯曲裂缝开裂荷载为2301kN，换算弯矩为125979.8kN·m，相应的荷载等级为K_f＝1.8。

在运营荷载下，箱梁设计的强度安全系数大于2.0，梁端斜截面抗剪强度安全系数最小为2.05，在距梁端5m的截面。

箱梁在破坏试验阶段，即加载至1.6～2.0倍设计荷载时，梁体跨中下缘及梁端腹板陆续产生新的弯曲裂缝和斜裂缝；在1.7倍设计荷载时，跨中新增10条弯曲裂缝，两端腹板新增9条斜裂缝，同时已有裂缝也在不断延伸，斜裂缝已延伸至顶板；在1.8倍设计荷载时，跨中弯曲裂缝已延伸到腹板顶。

在加载至2.0倍设计荷载时，梁体裂缝分布均匀，形态和发展趋势正常，梁体未出现混凝土压溃或预应力钢绞线断丝现象，卸载后跨中裂缝基本闭合，表明梁体尚未达到破坏。

经过上述方法测试后，对试验结果的数据进行分析，证明该32m/900t预应力混凝土先张箱梁2可以满足使用要求。