32m高梁和伸缩梁结构设计验证研究

32m高梁和伸缩梁结构设计验证研究

张效通 1,2 卢向久 2 周东旭 1,2 杨晓东 1,2 王维 2 刘健 松 2

中国建筑股份有限公司

中建铁路投资建设集团有限公司 中建股份科技研发计划资助

CSCEC-2020-Z-50《高速铁路40m大跨度简支箱梁精益建造技术研究》

摘要 本文以中国建筑股份有限公司景黄铁路梁场31.3≤LP≤39.3m系列跨度预制后张法简支箱梁为依托，选取与工程梁同环境、同跨度的试验梁2孔，即跨度31.3m梁与跨度35.9m梁进行验证试验，通过水化热测试、配合比验证、静载试验及破坏试验。证实该系列梁水化热、混凝土设计及施工工艺合格，抗裂及抗剪安全性满足规范要求。为系列箱梁的推广应用提供理论依据。

关键词 高速铁路；系列梁；水化热；配合比；静载弯曲试验；破坏试验

1 系梁梁设计验证概况

一直以来，我国铁路简支箱梁最大跨度采用32m梁，当梁长大于32m时，通常采用连续梁，钢结构桥或者通过调整设计形式和调整孔跨布置来解决，采取上述措施回增大资本投入，且质量和安全控制难度增大，管理风险也增加。为解决上述问题，昌景黄铁路项目采用31.3≤LP≤39.3m系列梁，扩大简支箱梁使用范围。昌景黄铁路江西段采用40m系列梁为等高度单箱室简支箱梁，梁端底板、腹板及顶板端部内侧加厚；防护墙内侧净宽9.0m，梁面宽度12.6m，梁长范围32.6～40.6m，跨度范围31.3～39.3m，设计横桥向两个支座中心距离4.4m，箱梁中心最高为3.306m。

2 混凝土水化热

为确定系列箱梁养护及拆模时机的选择提供依据，采用预埋内埋温度测点的方式，对试验梁进行混凝土水化热温度随时间变化进行测试，验证混凝土水化热特性及试验箱梁生产工艺的合理性^，水化热测点布置图如下。

跨中截面水化热测点布置

梁端水化热测点布置

针对试验梁的温度采集分析，在混凝土浇筑完成6～32小时内混凝土温度快速上升，箱梁各部位混凝土水化热产生的温度随时间的变化而变化，现场施工时，混凝土入模温度在18℃～22℃之间，混凝土浇筑完成后15～32h之间，箱梁各部位混凝土水化热温度达到最大值。其中腹板与顶板结合处芯部的水化热产生温度最高为53.3℃；腹板芯部水化热产生温度最高为50.2℃；底板腹板结合处芯部的水化热产生温度最高为49.3℃；顶板中心最高水化热产生温度为51.6℃，最高温部位均出现于芯部；观测中发现在水化热产生的温度达到最大值值后，梁体水化热反应减缓，在72～96h之间开始明显降温，直至降至环境温度。

3 配合比设计验证

为验证混凝土配合比设计，测试梁体混凝土强度和弹性模量随时间的增长规律，掌握混凝土材料特性，在试验梁预制时，制作每片梁顶板、腹板、底板制作随梁养护试块（强度试块和弹模试块）每孔箱梁顶板、腹板、底板各部位留8组强度试块和8组弹性模量试块，分别在第3、5、7、9、11、14、21、28天进行强度和弹性模量测试。

通过上述混凝土试件强度及弹性模量测试，结合混凝土拌合物性能试验，结合强度及弹模增长曲线，混凝土强度在0～3天增长迅速，最小38.5Mpa，最大43.7Mpa；在3～28天均匀增长至63 Mpa以上。混凝土弹性模量0～3天增长迅速，达到32Mpa以上，在3～9天增长先慢后快，达到39Mpa左右，9～28天均匀增长至48 Mpa以上。

4 静载弯曲试验

静载弯曲试验跨度31.3m梁采用纵向5排加载，跨度35.9m梁采用7排加载，每排顶间距4m。每排横向采用2点加载，加载点作用于箱梁腹板中心处顶板^。对于时速350公里32.6m、37.2m简支梁，千斤顶横向中心距6188mm。

整个静载试验分为两个实验循环，第一循环加载至1.0级，静停20min，采集实验数据，观察是否出现裂纹。第二循环加载至1.2级，静停20min，观察是否出现裂纹。

5 破坏试验

破坏试验是静载弯曲试验加载至2.5级设计荷载，验证破荷载作用下箱梁的受力情况。32.6m梁采用纵向5排加载，37.2m梁采用纵向7排加载，每排顶间距4m。每排横向采用2点加载，加载点作用于箱梁腹板中心处顶板；32.6m、37.2m简支梁，千斤顶横向中心距均为6188mm。

破坏试验分开裂加载循环，重裂加载循环及破坏循环三个循环。开裂循环加载至箱梁跨中区域裂缝开展，以验证抗裂安全系数；重裂循环加载至裂缝重新张开，以验证预应力度；破坏循环加载至K=2.0级，以验证强度安全系数。

6 试验结论

通过开展时速350km/h高速铁路31.3≤LP≤39.3m跨度简支箱梁试验工作，对预应力简支箱梁的施工工艺、结构设计、受力性能分析，设计性能等的验证及分析，得到如下结论。

1)在施工过程中，对混凝土的水化热产生的温度进行采集分析的结果及对简支梁的施工工艺满足设计要求，水化热升温时间区段合理，升温曲线圆滑合理，温差不大于规范要求的15℃

^。

2）在施工随梁养护试件3、5、7、9、11、14、21、28天的强度及弹性模量达到设计的要求，通过强度及弹性模量的增长曲线分析，强度及弹性模量增长无较大起伏，依据时间绘制曲线平滑，增长合理，简支箱梁的配合比设计达到设计及规范要求。

3）静载试验梁体未见受力裂缝，跨中挠度为6.35mm，在1.2倍的设计荷载作用下，试验处于弹性状态，活载挠跨比实测值为1/11109，小于设计挠跨比1/6268，证明试验梁竖向刚度合格，抗裂性达到设计状态，满足规范要求。

4）试验梁开裂试验在设计荷载的1.6倍荷载下出现第一条裂纹，加载至2.0级竖向裂纹未延伸至顶板，支座上部未观察到可见的剪切裂纹；在重裂试验中，有少量裂纹延伸至顶板，加载至2.15级时支座上部出现可见的剪切裂纹，加载至2.35级时底板纵向钢筋屈服，加载至2.55级钢绞线也未见屈服现象，整个开裂重裂试验中简支箱梁跨中挠度最大为139mm，通过上述实验数据分析得出，梁体的抗剪及抗裂性能达到设计状态，满足规范要求，且证明时速350km/h高速铁路31.3≤LP≤39.3m预应力简支箱梁设计还存在一定的优化空间。

参考文献：

 陈胜利，苏永华，石龙，班新林 高速铁路40m跨度预制后张法预应力混凝土简支箱梁试验研究[J]铁道建筑 2020,4 111-114

 国家铁路局.简支梁试验方法预应力混凝土梁静载弯曲试验:TB/T 2092-2018 [S].北京：中国铁道出版社，2018

 国家铁路局.高速铁路预制后张法预应力混凝土简支梁:GB/T 37439-2019 [S].北京：中国铁道出版社，2019