上海軌道交通6號線槽形梁試驗研究摘要:槽形梁在我國城市軌道交通領(lǐng)域尚無實際的應(yīng)用,在上海市軌道交通6號線中的應(yīng)用屬于首次。通過現(xiàn)場試驗和試驗結(jié)果分析,得到槽形梁在試驗的各種荷載條件下的受力和變形性能,并獲得重要參數(shù),為今后槽形梁的設(shè)計與合理施工工藝提供依據(jù)。關(guān)鍵詞:城市軌道交通;槽形梁;試驗研究1研究背景 上海市軌道交通6號線全長33km左右。其中五蓮路站至博興路站為噪聲敏感區(qū),并且線路由高架轉(zhuǎn)入地面敞開段,因此該段采用槽形梁。槽形梁有以下優(yōu)點:建筑高度低,便于壓低線路標(biāo)高,可改善高架線路縱斷面,有效縮短敞口段長度,降低高架區(qū)間及車站建筑高度,同時跨度的變化不影響建筑高度;軌道交通車輛行使于槽形梁兩腹板中間,輪軌走行系統(tǒng)的噪聲受到兩側(cè)主梁上翼緣及腹板阻隔,在一定程度上減少了車輛噪聲對周圍環(huán)境的影響;兩側(cè)主梁能防止出軌列車傾覆下落,給行車安全提供可靠的保證[1]。 槽形梁在我國城市軌道交通領(lǐng)域目前尚無實際工程應(yīng)用。隨著國內(nèi)軌道交通蓬勃發(fā)展,為保證槽形梁在軌道交通中順利使用,因此,在槽形梁大量施工開始前,選擇一孔槽形梁進行足尺試驗。通過試驗,以獲得必要的數(shù)據(jù),來分析槽形梁在制作與正常使用情況下的受力與變形特點,從而指導(dǎo)設(shè)計,保證上海市軌道交通6號線能夠更加安全、更加順利地施工和投入使用。2試驗方法2.1工程簡介 試驗對象是五蓮路站至博興路站之間的一段橋梁。該橋橋跨組成為1孔25m預(yù)制簡支箱梁+3孔25m現(xiàn)澆簡支槽形梁+11孔30m現(xiàn)澆簡支槽形梁,見圖1。
2.2試驗梁情況 試驗中實測的是該橋段第二孔30m跨度的雙線預(yù)應(yīng)力混凝土簡支槽形梁,沿橋梁方向槽形梁梁跨全長29.940m,梁頂全寬外到外為10.400m,梁底全寬為9.044m;主梁高為2.50m,主梁上翼緣寬1.50m,高0.35～0.45m,腹板厚0.35～0.65m并略向外傾斜,橫梁高0.70m,道床板厚0.24m。槽形梁采用縱橫向雙向預(yù)應(yīng)力,預(yù)應(yīng)力鋼筋為Φj15.24(7Φ5)高強度低松弛鋼絞線[2]。圖2為主梁與橫截面示意圖。 1)試驗梁測試的內(nèi)容:測試槽形梁在制作與正常使用情況下的應(yīng)變與撓度。 2)測試的工況:第一階段預(yù)應(yīng)力張拉,即縱向預(yù)應(yīng)力鋼束按分批全部張拉到位,橫向預(yù)應(yīng)力分批張拉到錨下控制應(yīng)力σk=0.4fpk;二期恒載鋼筋混凝土浮置板澆注完后補張拉橫向預(yù)應(yīng)力到位;模擬列車荷載加載試驗。 為了能充分地反映槽形梁在各個工況下的整體與局部的受力、變形特點,同時結(jié)合槽形梁試驗前的理論分析,在槽形梁的關(guān)鍵受力部位共布置了近800個應(yīng)變計(其中某些測點采用三向應(yīng)變計)和32個位移計,如圖3、圖4所示。 3)加載試驗的方法:往鐵水箱注水的加載方式。水箱加滿水后重量不足時,再在水箱上放混凝土跑板,使所加重量盡量與計算的列車最大活荷載相吻合。每只水箱的支點模擬列車的輪壓位置,每個輪壓按實際列車作用在槽形梁上最大活荷載計算得到,并乘以1.180～1.265的動力系數(shù)來考慮行駛列車對槽形梁的沖擊影響;并利用水箱移動,模擬不同的活載工況,如圖5所示。3試驗結(jié)果和分析 根據(jù)現(xiàn)場對槽形梁各個試驗階段記錄的應(yīng)變和位移測試數(shù)據(jù),經(jīng)整理與分析后,結(jié)果見表1。 三種試驗工況下,槽形梁跨中截面1～4號混凝土測點(測點編號見圖6)的應(yīng)力是用應(yīng)變測試結(jié)果、按鋼筋混凝土受彎截面在彈塑性應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系換算得到的[4]。表2列出了主梁在模擬列車加載時測點的豎向位移及側(cè)向位移的實測值(位移測點編號見圖7)。表2中還同時給出了通用軟件ANSYS有限元分析結(jié)果以供比較。表1、表2表明實測結(jié)果與理論計算值基本吻合。4結(jié)語 通過對槽形梁的現(xiàn)場試驗測試并與有限元結(jié)構(gòu)分析相比較,計算值與試驗實測值基本吻合,并得到以下結(jié)論: 1)從試驗的數(shù)據(jù)與有限元分析來看,主梁與橫梁連接處位置一直處于受拉狀態(tài),建議設(shè)計時必須在這些部位布置足夠的受力鋼筋,避免在運營階段出現(xiàn)裂縫。 2)從槽形梁的整體受力來看,主梁縱向及道床板縱橫向各測點基本處于全預(yù)應(yīng)力受壓狀態(tài)。 3)在運營荷載作用下,預(yù)應(yīng)力槽形梁的應(yīng)力值均小于容許應(yīng)力,撓度變形在允許的范圍內(nèi),結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài),槽形梁具有足夠的剛度。說明預(yù)應(yīng)力槽形梁應(yīng)用在城市軌道交通完全可行。參考文獻1劉彥明.上海軌道交通6號線槽形梁設(shè)計[J].科技交流,2004(1).2鐵道第一勘察設(shè)計院.高架區(qū)間Lp=30m槽形梁設(shè)計研究報告[R].2004.3軌道交通6號線槽形梁足尺試驗研究[R].2004.4GB50010—2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.1234
2.2試驗梁情況 試驗中實測的是該橋段第二孔30m跨度的雙線預(yù)應(yīng)力混凝土簡支槽形梁,沿橋梁方向槽形梁梁跨全長29.940m,梁頂全寬外到外為10.400m,梁底全寬為9.044m;主梁高為2.50m,主梁上翼緣寬1.50m,高0.35～0.45m,腹板厚0.35～0.65m并略向外傾斜,橫梁高0.70m,道床板厚0.24m。槽形梁采用縱橫向雙向預(yù)應(yīng)力,預(yù)應(yīng)力鋼筋為Φj15.24(7Φ5)高強度低松弛鋼絞線[2]。圖2為主梁與橫截面示意圖。 1)試驗梁測試的內(nèi)容:測試槽形梁在制作與正常使用情況下的應(yīng)變與撓度。 2)測試的工況:第一階段預(yù)應(yīng)力張拉,即縱向預(yù)應(yīng)力鋼束按分批全部張拉到位,橫向預(yù)應(yīng)力分批張拉到錨下控制應(yīng)力σk=0.4fpk;二期恒載鋼筋混凝土浮置板澆注完后補張拉橫向預(yù)應(yīng)力到位;模擬列車荷載加載試驗。 為了能充分地反映槽形梁在各個工況下的整體與局部的受力、變形特點,同時結(jié)合槽形梁試驗前的理論分析,在槽形梁的關(guān)鍵受力部位共布置了近800個應(yīng)變計(其中某些測點采用三向應(yīng)變計)和32個位移計,如圖3、圖4所示。 3)加載試驗的方法:往鐵水箱注水的加載方式。水箱加滿水后重量不足時,再在水箱上放混凝土跑板,使所加重量盡量與計算的列車最大活荷載相吻合。每只水箱的支點模擬列車的輪壓位置,每個輪壓按實際列車作用在槽形梁上最大活荷載計算得到,并乘以1.180～1.265的動力系數(shù)來考慮行駛列車對槽形梁的沖擊影響;并利用水箱移動,模擬不同的活載工況,如圖5所示。3試驗結(jié)果和分析 根據(jù)現(xiàn)場對槽形梁各個試驗階段記錄的應(yīng)變和位移測試數(shù)據(jù),經(jīng)整理與分析后,結(jié)果見表1。 三種試驗工況下,槽形梁跨中截面1～4號混凝土測點(測點編號見圖6)的應(yīng)力是用應(yīng)變測試結(jié)果、按鋼筋混凝土受彎截面在彈塑性應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系換算得到的[4]。表2列出了主梁在模擬列車加載時測點的豎向位移及側(cè)向位移的實測值(位移測點編號見圖7)。表2中還同時給出了通用軟件ANSYS有限元分析結(jié)果以供比較。表1、表2表明實測結(jié)果與理論計算值基本吻合。4結(jié)語 通過對槽形梁的現(xiàn)場試驗測試并與有限元結(jié)構(gòu)分析相比較,計算值與試驗實測值基本吻合,并得到以下結(jié)論: 1)從試驗的數(shù)據(jù)與有限元分析來看,主梁與橫梁連接處位置一直處于受拉狀態(tài),建議設(shè)計時必須在這些部位布置足夠的受力鋼筋,避免在運營階段出現(xiàn)裂縫。 2)從槽形梁的整體受力來看,主梁縱向及道床板縱橫向各測點基本處于全預(yù)應(yīng)力受壓狀態(tài)。 3)在運營荷載作用下,預(yù)應(yīng)力槽形梁的應(yīng)力值均小于容許應(yīng)力,撓度變形在允許的范圍內(nèi),結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài),槽形梁具有足夠的剛度。說明預(yù)應(yīng)力槽形梁應(yīng)用在城市軌道交通完全可行。參考文獻1劉彥明.上海軌道交通6號線槽形梁設(shè)計[J].科技交流,2004(1).2鐵道第一勘察設(shè)計院.高架區(qū)間Lp=30m槽形梁設(shè)計研究報告[R].2004.3軌道交通6號線槽形梁足尺試驗研究[R].2004.4GB50010—2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.1234