后张法预应力混凝土铁路桥简支T梁静载试验研究及应用

摘要 ：后张法预应力混凝土铁路桥简支T梁静载试验是鉴定预应力混凝土T梁能否正常运营的一个重要手段。结合工程实例，详细阐述了预应力混凝土T梁静载试验理论分析、加载方式、试验内容及结果分析，试验与理论分析表明：梁体静载试验理论分析和计算方法可靠，T梁刚度和承载能力满足设计要求，具有实际的工程意义。

关键词 ：后张法预应力 静载弯曲 抗裂试验 加载方式近年来，随着铁路建设的发展，铁路建设中桥梁均以预制的预应力混凝土T梁为主。而在架设前对预应力砼T梁做静载试验，以便检测设计是否安全、施工质量是否满足规设计要求就成为控制和确保桥梁质量的重要手段。

1. 理论分析

铁路预应力T梁静载试验是通过对预制好的T梁直接加载，既是将静止的荷载作用在预制T梁上的指定位置，观测桥梁结构的静力位移、静力应变、裂缝等参量的试验项目，然后根据相关规范及标准的指标，判断桥梁结构的承载能力以及在荷载作用下的工作性能，用以检验桥梁结构的设计与施工质量，验证结构的安全性与可靠性。

预应力混凝土T梁是根据设计图纸、设计荷载及铁道部行业标准，计算出T梁的试验荷载，按实际加载等级，加载位置及加载重量，计算出各级试验荷载作用下桥梁结构各测点的反应如位移、应变等，以便与实测值进行比较。是通过对预制好的T梁直接进行加载，并利用各种计量仪器来检测梁体的应变和挠度，从而确定梁体在外力作用下所发生的变化和梁体的整体工作状态的试验方法。

2.加载方式

为了保证试验质量，荷载试验选择在结构温度趋于稳定的时间间隔内进行，为了获取静载试验荷载与变位的相關曲线以及防止结构意外损伤，试验中的加卸载均采取分级的办法进行，在每一加载试验中，加载方式为单次逐级递加到最大荷载，然后逐级卸到零荷载，并随时观测每级荷载下各控制参数的变化。在实际操作中，可采取千斤顶加载的方式进行加载。

3.试验内容

后张法预应力混凝土简支T梁静载试验的内容如下：

1）T梁外观检查：试验前对T梁外观进行检查，主要内容包括几何尺寸、梁体表面缺陷（如蜂窝麻面、裂缝等），对试验桥梁的现状做出宏观判断。及对已经存在的裂纹用蓝色的笔做出标记。

2）测试T梁跨中的挠度值：满足正常使用对结构的刚度要求，体现在挠度应小于等于设计计算值或规范规定的允许值。

3）测试T梁支座的沉降：测定支座沉降量，消除其对挠度的影响。

4）T梁的裂缝观测：试验前和试验过程中，对桥梁结构是否已出现裂缝进行观测，并且在试验前、后采用不同标记的笔进行标注，以便识别及了解桥梁施工质量，指导、控制加载和试验数据分析。

4、工程实例

4.1 工程概况

32m时速160公里后张法预应力混凝土简支T梁，为吉林九站制梁场预制。

32米后张梁的技术指标：单线的线间距2.2m。 梁计算跨度为32m，全长32.6m，梁高2.5m，轨底至梁底建筑高度为3.15m。梁体的结构形式为：预制单线及双线边梁，顶宽为2.30m，下缘宽度：0.88m。在结构的腹板与顶底板相交处采用圆弧倒角过渡。

4.2 试验前的准备工作

4.2.1试验前对试验梁的检查

加载前用10倍放大镜在梁体跨中两侧1/2跨度范围内的下缘和梁底面进行外观检查，对局部缺陷用蓝色铅笔标出。

4.2.2试验梁及试验架的安装

1）在静载试验台座上铺一层薄砂抄平，然后放上底座板，要求同一端两底座板任意两点高差不大于2mm，梁两端支座的相对高差不大于10mm；

2）在底座板及下横梁上画出对齐中线，安装下横梁；

3）在下横梁上标出支座安装位置，安装试验梁支座；

4）试验梁移入台座对中后，在梁顶标出腹板中心线作为梁体的加载中心线，并根据加载点的布置要求，标出加载点位置；

5）每一加载点用砂找平，铺上钢座板，并用水平尺量靠水平，移入千斤顶，千斤顶底座中心线要与加载中心线相重合，偏差不大于2mm；

6）放出加力架位置，并且用砂子找平，高差不大于2mm，安装加力架。千斤顶与加力架上钢梁接触面必须垫实；

7）在T梁两侧底板的支座中心、跨中下翼缘处固定好百分表以便测量梁体挠度。

5、试验过程

5.1 试验加载方法

1）试验梁的加载分两个循环进行（见图1）。以加载系数K表示加载等级，加载系数K是加载试验中梁体跨中承受的弯矩与设计弯矩之比。试验准备工作结束后梁体承受的荷载状态为初始状态；基数级下梁体跨中承受的弯矩指梁体质量与二期恒载质量对跨中弯矩之和。

2）各千斤顶宜同速、同步达到同一荷载值；加载速度不宜超过3KN/s。

3）每级加载后均应仔细检查梁体下缘和梁底有无裂纹出现。如出现裂纹或初始裂纹的延伸（和试验前所标记的裂纹对比），应用红铅笔标注，并注明荷载等级，量测裂纹宽度。

4）每级加载后均应测量梁体跨中和各支座中心截面两侧竖向位移变化，以同一截面的两侧平均值分别作为相应截面的竖向位移或支点沉降量。跨中截面的竖向位移量减去支座沉降影响量即为该级荷载下的实测挠度值。

5.2 静载试验荷载计算

试验梁（第10片预制32mT梁）为曲线无声屏障32mT梁，梁跨32.0m，终张拉日期2013年02月20日，静载试验日期2013年3月23日，计算龄期32日。根据中铁咨询32mT梁通用设计图通桥（2005）2101-Ⅰ计算如下：

5.2.1 静载试验加载图示

根据加载图示，按5点进行加载计算等效力臂a值

RA= RB =5/2×P

故等效力臂：a=28（m）

5.2.2计算未完成的应力损失值△σS

从施加全部预应力至试验日期共计32天，根据TB/T2092-2003中表A.1查得：

30天 η1=0.40； 2天 η2= 0.50

40天 η1=0.43； 40天 η2= 1.00

内插法得：32天 η1 = 0.4060； η2=0.8947

△σS=（1—η1）σL6+（1—η2）σL5

=0.594×162.64+0.1053×12

= 97.871MPa

5.2.3未完成应力损失的补偿弯矩

△MS =△σSAY（WO/AO+ e0）×103

= 97.871×0.01218×（0.8468305/1.33551+1.1116） ×103

=2080.9798kN.m

5.2.4基数级荷载之弯矩

1、加载设备重量对跨中弯矩

MS =3.01×28 =84.28kN.m

其中：千斤顶1.37kN；支垫1.39kN；砂子0.1kN；其它0.15kN；合计3.01kN。

5.2.5基数级荷载之弯矩（防水层保护层已铺）

Mka=Md+△MS—MS

=5927.68+2080.9798-84.28

=7924.380kN.m

5.2.6基数级荷载

Pka= Mka/a =7924.380/28= 283.01kN

5.2.7各加载级跨中弯矩（防水层保护层已铺）

Mk= k（Mz+ Md+ Mh + Mf） +△MS- Mz- Mf-MS

= k×19997.21+ 2080.9798-5235.2-236.29-84.28

=k×19997.21 -3474.790

5.2.8 各加載级荷载值

Pk= Mk/a =（k×19997.21 -3474.790）/28

=714.186k-124.100

5.2.9静活载系数

Kb=[ Mh/（1+μ）+ Mz+ Md+ Mf]/（Mz+ Md+ Mh + Mf）

=（8598.04/1.1935+5235.20+5927.68+236.29）/（ 5235.20+5927.68+8598.04+236.29）=0.930291

5.2.10静活载级跨中弯矩

Mkb= Kb×19997.21 -3474.790=15128.434kN.m

5.2.11静活载级荷载

Pkb= Mkb/a = 15129.390/28 =540.33kN

计算各加载级荷载值 Pk= Mk/a，计算结果见表3-1。

6、试验数据处理及分析

6.1 静载试验挠度试验实测结果见表6-1，表6-2。

6.2 静载试验跨中实测挠度（两侧平均）及线性回归结果见图2

6.3 32米后张法预应力混凝土简支T梁静载试验结论

根据对梁体静载试验跨中实测挠度数据的分析，跨中实测挠度与荷载呈线性关系，相关系数>0.9999（图2），表明梁体处于弹性工作状态。

梁体在最大控制荷载（kf=1.20）作用下，持荷20分钟，梁体下翼缘底部边角及底板未发现受力裂缝，且在静活载作用下实际挠跨比为1/2843小于规定值1/1748 ，因此判定静载弯曲抗裂试验合格。

通过简支T梁静载试验数据分析表明梁体静载试验理论分析和计算方法可靠，T梁刚度和承载能力满足设计要求。

7、结语

简支T梁静载试验是检验梁体抗裂性及挠度的常规方法。试验方法的科学性、操作的准确性、判断的合理性，都密切关系到桥梁结构质量是否合格和运输安全。本文结合工程实例，详细论述了简支T梁静载试验的全过程，并说明了如何对试验结果的数据进行整理和分析。

作者简介：

全萍，女，1969年出生，工程师。