王万线松花江特大桥( 60 +9×96 +60) m刚构连续梁静载试验研究

班新林

(中国铁道科学研究院，北京　100081)



王万线松花江特大桥( 60 +9×96 +60) m刚构连续梁静载试验研究

班新林

(中国铁道科学研究院，北京100081)

摘要:哈尔滨王(岗)万(乐)线松花江特大桥采用( 60 + 9×96 + 60) m刚构连续梁桥式，结构新颖，是跨越松花江航道的重要桥梁。针对结构特点开展静载试验研究，试验内容包括主梁混凝土应力测试、刚构墩混凝土应力测试、跨中挠度测试和梁端转角测试。测试结果表明，应力、应变、挠度和转角校验系数均＜1，换算静活载挠跨比满足规范要求，结构处于弹性受力状态，满足安全运营的需要。

关键词:刚构连续梁连续梁静载试验校验系数混凝土应力

1　大桥概况

哈尔滨王万线松花江特大桥( 60 + 9×96 + 60) m刚构连续梁位于哈尔滨铁路王岗—万乐区间，是哈尔滨铁路枢纽新建王万线主桥部分，全长985. 55 m，共11孔，第6跨为刚构结构，其余跨为连续梁。大桥中心里程为K18 + 456，于2007年8月20日建成通车。桥跨布置见图1。

图1松花江特大桥桥跨布置(单位: m)

该桥设计活载为中活载，位于直线平坡段，双线无缝线路，线间距4 m。刚构连续梁两端设有钢轨伸缩调节器，桥上线路等级Ⅰ级，轨道采用60 kg/m钢轨，轨底至梁顶道砟厚度为60 cm。二期恒载110 kN/m。大桥跨越松花江，桥位处航道等级为Ⅲ-( 2)级。

刚构连续梁为单箱单室直腹板箱梁，中支点附近梁高7. 2 m，端支点及跨中附近梁高3. 9 m，梁高以二次抛物线变化。刚构连续梁43#～47#，50#～54#墩为活动支座，支座类型均采用铰轴滑板钢支座。桥墩类型均为钢筋混凝土墩，其中48#，49#墩为刚构墩，基础全部为钻孔桩基础，桩基直径为1. 25 m。

松花江特大桥的主桥横跨松花江主航道，2007年建成通车，至今尚未进行检定评估试验。对大桥进行静载试验，可以检定其运营性能，掌握结构特点，为大桥的养护维修提供依据。

2刚构连续梁的特点

刚构连续梁同时涵盖了混凝土刚构桥和连续梁桥的基本特征，48#和49#墩使用墩梁固结代替了连续梁的固定支座，结构表现出一些新的特点。

2. 1刚构连续梁桥与普通连续梁桥对比分析

将刚构连续梁的两个刚构墩改为支座，形成一个普通连续梁结构，并在第6跨布满均布荷载。刚构连续梁桥与普通连续梁桥计算结果对比见图2。由图2可知，刚构连续梁桥相对于普通连续梁桥，跨中挠度及主梁弯矩均较小。这是因为刚构墩与主梁固结，桥墩承担一部分弯矩。

2. 2刚构墩的刚度对结构的影响分析

将刚构墩的刚度调整至原刚度的50%，80%，150%和200%，将第6跨布满均布荷载。刚构墩刚度变化对主梁的影响见图3。由图3( a)可知，随着刚构墩的刚度增加，跨中挠度减小，越远离加载跨，影响越小。由图3( b)可知，主梁弯矩随着刚构墩刚度的增大而减小。因此在刚构连续梁的设计过程中，可以综合考虑墩台结构设计和梁体设计需求，选择合适的刚构墩刚度。

图2刚构连续梁桥与普通连续梁桥计算结果对比

图3刚构墩刚度变化对主梁的影响

3　试验方案

静载试验测试内容包括主梁混凝土应力、刚构墩应力、主梁挠度和梁端转角。

3. 1混凝土应力测点布置

针对刚构连续梁的受力特点，全桥选择6个应力测试截面，分别是A1(第1跨0. 4L处)、A2( 44#墩处梁体)、A3(第2跨跨中)、A4( 48#墩处梁体)、A5(第6跨跨中)和A6( 48#墩的墩身变截面处)。主梁每个测试截面，在顶板、底板及腹板沿截面高度均匀布设应变测点，见图4。

图4测试截面A5应变传感器布置(单位: cm)

测试截面A6布置在刚构墩变截面处，也是活载作用下应力最大处。在桥墩面向大、小里程侧均匀布设5个应变测点，见图5。

图5测试截面A6应变传感器布置(单位: cm)

3. 2变形及梁端转角测点布置

1)竖向挠度

主桥挠度测点布置在第1，2，5，6跨的跨中，布置在桥面单线加载侧(下游侧梁体翼缘)。

2)梁体倾角

使用倾角仪测试加载过程中梁体倾角，测点布置在48#墩梁墩固结处，在支点横隔板的进人孔内侧墙壁上，上、下游各一个。

3. 3加载轮位

考虑试验加载要求，最终加载的是轮位1，3，4，5，8，9，10，加载工况分别为截面A1最大正弯矩、截面A3最大正弯矩、截面A6最大负弯矩、截面A5最大正弯矩、截面A6最大正弯矩偏载、截面A6最大负弯矩偏载和截面A4最大负弯矩偏载。

4　试验结果

以截面A5内力最大加载工况为例，分析刚构连续梁的受力状态。即在轮位5加载时，计算分析测试截面A5混凝土应力、测试截面A6应变、第6跨跨中挠度及48#墩处主梁转角。

在设计活载作用下(考虑冲击效应和双线折减系数)，测试截面A5的弯矩为72 971. 2 kN·m，测试截面A6的弯矩为61 791. 9 kN·m，第6跨跨中挠度为－65. 68 mm。在轮位5加载时，测试截面A5的弯矩为49 516. 0 kN·m，测试截面A6的弯矩为32 341. 4 kN·m，第6跨跨中挠度为－40. 64 mm。因此，相应的加载效率分别为67. 9%，52. 4%和61. 9%。

4. 1主梁应力

混凝土主梁应力计算式为

式中:σ为计算位置的混凝土应力，MPa; M为计算截面的弯矩，kN·m; y为计算位置至截面形心的距离，m; I为计算截面的惯性矩，m4。

轮位5加载时测试截面A5的顶板、底板应力见表1。

表1轮位5加载下测试截面A5的顶板、底板应力MPa

由表1可知，根据测试截面A5的换算截面特性，计算得到底板混凝土理论拉应力为4. 46 MPa，顶板理论压应力为－3. 20 MPa。经过三次重复加载循环，截面A5顶板和底板应力仍保持一致。将三次加载的实测结果进行平均，顶板测点中最大压应力为－1. 44 MPa，应力校验系数为0. 45;底板测点中最大拉应力为3. 11 MPa，应力校验系数为0. 70。二者校验系数均＜1，表明结构受力安全。实测值与理论值的差别主要是因为实际混凝土弹性模量大于设计值。

A5截面腹板实测应力与测点高度的关系见图6。由图6可知，A5腹板测点混凝土应力与其距离底缘的高度呈良好线性关系，表明结构受力符合平截面假定。分析得到实测截面中性轴高度为2. 286 m，大于理论值2. 061 m，这是由于轨道结构部分参与结构受力和截面尺寸施工误差所致。

图6 A5截面腹板实测应力与测点高度的关系

4. 2刚构墩应力

静载试验轮位作用下，测试截面A6表面应变由轴压力N、面内弯矩M1(弯矩方向垂直主梁纵向轴线)和面外弯矩M2(弯矩方向平行主梁纵向轴线)共同作用下产生的。计算公式为

式中: W1为截面面内抵抗矩，W2为截面面外抵抗矩，A为截面面积。

表2轮位5加载时测试截面A6的实测应变　　×10－6

在轮位5加载时，考虑截面配筋情况、弯矩和轴力，确定A6截面中心轴位置，不考虑拉区混凝土作用，计算得到王岗侧钢筋拉应变为177. 5×10－6，万乐侧混凝土压应变为－198. 3×10－6。轮位5加载时测试截面A6的实测应变见表2。由表2可知，由于轮位5为双线对称加载，截面A6没有面外弯矩的作用，同一侧的测点实测应变也比较一致。将三次加载的实测结果进行平均，王岗侧测点中最大拉应变为87. 8× 10－6，应变校验系数为0. 49;万乐侧测点中最大压应变为－89. 7×10－6，应变校验系数为0. 45。二者应变校验系数均＜1。

4. 3变形及转角

在轮位5作用下，第6跨最大挠度为－32. 0 mm，相应的理论值为－40. 6 mm，挠度校验系数为0. 79。根据挠度理论值与设计活载静挠度的对应关系，实测挠度换算成设计活载静挠度为－47. 1 mm，相应的挠跨比为1 /2 038。本桥各跨最小梁高与跨度比值为1 /15. 4～1 /24. 6，《铁路桥梁检定规范》中梁高与跨度比值在1 /14～1 /16的预应力混凝土梁竖向挠跨比通常值为1 /1 300，实测竖向挠跨比满足规范要求。

在轮位5作用下，梁端转角平均为0. 000 575 rad，相应的理论值为0. 000 786 rad，转角校验系数为0. 73。由实测梁端转角推算第6跨跨中下挠值为27. 6 mm，转角换算下挠值与实测挠度值一致。

5　结论

以第6跨跨中内力最大加载工况为例得到以下结论:①主梁测试截面顶板和底板应力校验系数均＜1，腹板测点混凝土应力与其距离底缘的高度呈良好线性关系，表明结构处于弹性受力状态，并符合平截面假定;②实测刚构墩应变分布规律与理论分析结果保持一致，应变校验系数＜1;③实测挠度和梁端转角校验系数均＜1，换算设计静活载挠跨比满足规范要求，梁端转角推算跨中挠度值与实测值比较一致。结构受力安全，满足正常运营需求。

参考文献

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［2］中华人民共和国铁道部．TB 10002. 1—2005铁路桥涵设计基本规范［S］．北京:中国铁道出版社，2005．

［3］范立础．桥梁工程［M］．北京:人民交通出版社，2001．

［4］范立础．预应力混凝土连续梁桥［M］．北京:人民交通出版社，1988．

［5］李国平．预应力混凝土结构设计原理［M］．北京:人民交通出版社，2000．

［6］徐斌．高墩大跨连续刚构桥的设计及关键技术研究［J］．铁道建筑，2015( 6) : 10-13．

［7］中华人民共和国铁道部．铁运函［2004］120号铁路桥梁检定规范［S］．北京:中国铁道出版社，2004．

(责任审编郑冰)

Static load test study on ( 60 +9×96 +60) m rigid frame continuous girder of Songhua river bridge on Wanggang-Wanle railway

BAN Xinlin

( China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

Abstract:A novel structure of Songhua River bridge on Haerbin W anggang-W anle railway with a rigid frame continuous girder type，it is an important bridge across the Songhua river waterway．T he static load test was carried out according to the structure characteristics．T he test included the concrete stress test on beam and pier，deflection test on middle span，and the angle test on the conjection of beam and pier．T he results show that the testing coefficient of stress，strain，deflection and angle was less than 1．0．T he conversion static load deflection span ratio meets the requirements of the specification．T he structure is still in the elastic state，and meets the need of safe operation．

Key words:Rigid frame continuous girder; Continuous beam; Static load test; T esting coefficient; Concrete stress

文章编号:1003-1995( 2016) 02-0027-04

作者简介:班新新( 1984—)，男，助理研究员，博士研究生。

收稿日期:2015-10-20;修回日期: 2015-12-15

中图分类号:U448．21+5; U448．23

文献标识码:A

DOI:10．3969 /j．issn．1003-1995．2016．02．06