谭程龙，宋郁民，沈哲亮

（1.中交三航局第三工程有限公司，江苏南京210004；2.上海工程技术大学轨道交通学院，上海201620；3.同济大学桥梁工程系，上海200092）

轨道交通先张法预制U型梁静载试验研究

谭程龙1，宋郁民2，沈哲亮3

（1.中交三航局第三工程有限公司，江苏南京210004；2.上海工程技术大学轨道交通学院，上海201620；3.同济大学桥梁工程系，上海200092）

静载试验是检验桥梁整体受力性能、桥梁设计和施工质量是否满足设计和规范要求的主要方法，也是竣工验收的必要过程。静载试验结果为确定或评定桥梁运营荷载等级最直接且最有效的办法。以青岛R13线轨道交通先张法预制U型梁为例，按照一定抽样频率对成批预制的先张法U型梁，进行静载试验，测试U型梁在试验荷载下的刚度、应力及裂缝宽度，分析试验结果，该先张法U型梁的力学性能均满足规范要求，为今后先张法预制U型梁推广使用提供一定的参考。

轨道交通；先张法；U型梁；静载试验；力学性能

城市轨道交通广泛使用的U型梁是由早期的槽型梁优化发展而来［1-7］。目前国内各个城市高架桥选用的U型梁，主要采用后张法预制施工工艺，近几年来，国外有采用先张法预制工艺的U型梁，国内应用较少［8-11］。

先张法预制U型梁，具有预应力筋和混凝土的粘结性与整体性良好、成批预制效率高等优点，但缺少相关力学性能的荷载试验研究。为此，以青岛R13线轨道交通先张法预制U型梁为例，按照一定频率对成批预制的先张法U型梁，进行静载试验，测试了U型梁在试验荷载下刚度、应力及抗裂性等指标，对该U型梁的力学性能进行了评价。为后期运营养护提供一定技术支撑。

青岛城市城际轨道交通R13线工程高架桥，采用先张法预制的预应力混凝土简支U型梁。试验梁选取其中30 m标准跨径，计算跨径28.7 m，支座中心距梁端0.6 m。试验U型梁跨中截面如图1所示。

图1 U型梁跨中截面图（单位mm）

1 试验方案

1.1 试验内容

测试的主要内容和目的为：

（1）1.0倍设计荷载加载，测试U型梁控制截面的应变和挠度；

（2）1.2倍设计荷载加载，测试U型梁控制截面的应变和挠度；

（3）评价U型梁在两个加载状态下的强度和刚度等是否满足规范要求。

1.2 测点布置

（1）挠度测点。U型梁支点、跨中截面布置竖向挠度测点，采用电测位移计，如图2、图3所示。

图2 支点挠度测点布置图

图3 跨中挠度测点布置示意图

（2）应变测点。U型梁跨中道床板下缘布置横向应变片，道床板上下缘及腹板上缘布置纵向应变片，如图4所示。

图4 跨中截面纵、横向应变测点布置（单位：cm）

1.3 试验加载

（1）加载方法。静载试验荷载采用反力架加载。经计算优化采用5个门式反力架加载，反力架纵向加载间距为5.5 m，每个反力横向设置4个加载点。底板加载点P1设置纵向分配梁和横向分配梁，腹板加载点P2设置纵向分配梁，如图5和图6所示。

图5 加载点横向布置示意图（单位：mm）

静载试验时，在每个千斤顶与反力架之间布置压力传感器，校核千斤顶加载误差。

（2）加载值计算。二期恒载、列车活载和K≥1.0倍的恒载，采用反力架加载。

加载遵循跨中弯矩与设计荷载下最大弯矩相等、支点剪力与设计荷载下最大剪力近似相等的原则。试验采用分级加载的方式进行加载（定义系数K为分级加载系数，即试验加载下梁体跨中弯矩值与设计荷载下梁体跨中最大弯矩值的比值）。加载分为两个阶段：

图6 加载点纵向布置示意图（单位：mm）

阶段一：K≤设计荷载1.0时（二期恒载+活载），通过底板千斤顶进行加载；

阶段二：设计荷载1.0≤K≤设计荷载1.2时，通过腹板千斤顶进行加载。

各阶段分级加载值见表1所示。

表1 反力架加载荷载值汇总表单位：kN

（3）加载循环。为消除试验过程中的不确定因素影响，确保试验结果准确性和可靠性，试验进行两个循环测试。分别是：

循环1：依据表1，从零荷载逐级加载到“二恒1.0+活载1.0”，按照试验规程完成逐级测试后，并逐级卸载到零荷载状态；

循环2：依据表1，从零荷载逐级加载到“设计荷载1.2”，按照试验规程完成逐级测试后，并逐级卸载到零荷载状态。

2 试验结果分析

2.1 刚度分析

依据《预应力混凝土铁路桥简支梁静载弯曲实验方法及评定标准》［12］（TB/T 2092-2003）的实测静活载挠度值合格评定标准：f实测≤1.05（f设计/ψ）（其中ψ为等效荷载加载挠度修正系数，取值：ψ= 1.0613，计算跨径为28.7 m）。则计算得知：1.0倍活载作用下，实测挠度最大值11.04 mm＜1.05（f设计/ψ）=14.2 mm。3片U型梁跨中截面在1.0设计活载作用下挠度实测值和挠跨比分析结果如表2所示。

表2 试验梁跨中截面实测挠度值与挠跨比分析单位：mm

由刚度结果可知：可计算得出各片试验梁的挠跨比如表2所示，测试方法和试验结果满足《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》［12］（TB/T 2092-2003）要求，且梁体竖向刚度满足《地铁设计规范》［13］（GB 50157-2013）的挠跨比限值1/2000。

2.2 应力分析

以1#梁为例进行应力分析。将测得的混凝土应变增量，换算成混凝土应力增量。且弹性模量按照规范取值（C55混凝土）。换算后的应力增量见表3。

由表3可以得知：试验荷载作用下，跨中截面混凝土纵、横向应力增量校验系数为0.67～0.89，所有测点校验系数不大于1.0，参照《公路桥梁承载能力检测评定规程》［14］（JTG/T J21-2011），梁体应力校验系数满足要求。

试验结果显示2#梁，3#梁应力分析结果相似，均能满足设计要求。

2.3 抗裂性分析

抗裂性试验主要通过在加载到设计荷载1.2时，观测梁体是否出现裂缝以及裂缝的宽度限值是否满足规范要求。裂缝观测采用光学显微镜。本文试验的裂缝观测和抗裂性分析结果整理见表4。

依据规范［15-16］和规范［13］中关于钢筋混凝土结构裂缝宽度限值规定，横向弯曲状态下的纵向裂缝宽度均小于0.2 mm，先张法U型梁满足钢筋混凝土结构抗裂性要求。

3 结 论

（1）1.0倍活载作用下，先张法U型梁跨中道床板的实测最大挠度11.04 mm，挠跨比最大值为1/2600，梁体竖向刚度满足规范要求。

表3 试验荷载作用下跨中截面混凝土纵、横向应力增量单位：MPa

表4 先张法U 型梁抗裂性分析

（2）试验荷载作用下，跨中截面混凝土纵、横向应力增量校验系数为0.67～0.89，所有测点校验系数不大于1.0，梁体应力校验系数满足评定规程的计要求。

（3）在K=1.0倍活载以及K=1.2倍设计荷载作用下，主梁和道床板最大裂缝均小于0.2 mm，满足钢筋混凝土结构抗裂性要求。

（4）先张法预制U型梁的综合力学性能达到已经广泛使用的后张法U型梁的力学性能指标，满足设计和相关规范要求。

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Static Load Test of Pre－tensioned Pre－casted U－Beam in Rail transit

TAN Chenglong1，SONG Yumin2，SHEN Zheliang3
（1.No.3 Engineering Co.，Ltd.of CCCC Third Harbor Engineering Co.，Ltd.，Nanjing，Jiangsu 210004，China；2.College of Urban Railway Transportation，Shanghai University of Engineering Science，Shanghai 201620，China；3.Department of Bridge Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China）

Bridge’s static load test is an important means of inspecting its overall mechanical performance，and is also effective measure to check its quality，and also is a necessary process of its completion and acceptance.At the same time，the results is the most direct and effective way to assess bridge load grade operations.This research taken the pre -tensioned pre－casted U shaped beam in Qingdao rail transport as an example，static load tests were carried out for parts of pre－tensioned pre－casted U－beam according to a certain proportion.The mechanical properties of U－beam were analyzed and assessed according to rigidity，stresses and crack width，all experimental results could meet the relevant specifications，and can promote the use of pre－tensioned pre－casted U－beam in the future.

rail transit；pre－tensioned method；U shaped beam；static load test；mechanical properties

U441.2

A

1672—1144（2016）05—0085—04

10.3969/j.issn.1672-1144.2016.05.016

2016－04－03

2016－04－21

谭程龙（1978—），男，江苏南京人，高级工程师，主要从事铁路、地铁、桥梁施工技术与科研。E－mail：tcl202@sohu.com。

宋郁民（1976—），男，河南渑池人，工学博士，讲师，主要从事桥梁结构分析和结构动力学的教学与科研。E－mail：song－yumin@163.com。