城市軌道交通節段拼裝式雙U型-箱型連續梁橋靜力試驗研究

馬忠政

(上海軌道交通十號線發展有限公司,201101,上海//教授級高級工程師)

城市軌道交通雙U型-箱型梁具有結構特殊、受力復雜等特點，特別是底板橫向取消預應力鋼束后，其橫向抗裂性能以及整體受力能否滿足目前設計運營的要求等問題還不明確[1]。同時，該結構目前在我國城市軌道交通工程中應用較少，且尚無成熟和系統的設計經驗可供借鑒。因此，本文選取在世界上首次采用雙U型-箱型連續梁橋的上海軌道交通17號線為工程背景，研究節段拼裝式雙U型-箱型截面連續梁橋在施工過程及靜力加載試驗下的靜力特性，為評估可能出現的施工誤差影響和施工方法改進提供重要數據。研究結論可為雙U型-箱型截面主梁在城市軌道交通建設的推廣運用提供可參考的試驗性資料。

1 節段拼裝式雙U型-箱型梁構造特點

上海軌道交通17號線工程設置了中跨分別為50 m、55 m和70 m的3跨連續雙U型梁[2]。雙U型-箱型梁墩頂截面采用U型與箱型結合截面，跨中截面采用U型截面。17號線雙U型-箱型連續梁的典型橋梁立面圖及截面圖如圖1所示。雙U型-箱型梁采用工廠預制和現場懸臂拼裝施工，在0#節段及合龍段兩側采用濕接縫聯結，在其余預制節段間采用膠結縫聯結。17號線按6節車輛編組設計，重車軸重為160 kN，單線重車共24個軸。

2 靜力試驗過程

2.1 施工過程跟蹤監測

本文選取30 m+50 m+30 m的3跨雙U型-箱型截面預應力混凝土連續梁橋為研究對象,并在施工過程中對其進行應力跟蹤監測。全橋選取S1—S4濕接縫截面和J1—J10膠結縫截面作為主梁施工過程中的應力跟蹤監測截面，具體位置如圖2所示。典型截面縱向應力測點布置示意如圖3所示。全橋共設置194個應力測點。

2.2 靜力加載試驗

試驗采用堆載法進行靜力加載，按荷載效率系數η來確定試驗的最大加載值，且η應滿足《鐵路橋梁檢定規范》[3]的要求(該值范圍為0.80～1.00)。為了解決雙U型-箱型梁結構在大于設計荷載作用下的靜力性能，在η為1.2、1.4和1.6情況下,對連續梁進行了靜力加載試驗。測試部位與測點布置如圖4～5所示。

a) 立面圖

b) 支點處橫截面圖

c) 中跨跨中橫截面圖

尺寸單位:mm

a) S2—S3截面

b) J5—J6截面

c) J1—J4、J7—J10、S1、S4截面

尺寸單位：cm

a) S2、S5截面應變和溫度測點

b) S1、S3、S4截面應變和溫度測點

c) 豎向變形測點

3 結果分析

3.1 施工過程中的靜力特性

圖6為施工過程中雙U型-箱型梁梁頂、底板應力的理論與實測結果比較。結果表明：

(1) 梁體應力狀態良好，應力實測結果與理論值變化規律基本一致。

(2) 預應力張拉后,U型梁頂緣和箱梁底板應力狀態理論與實測結果基本一致，表明各施工階段主梁的實際預應力度和剛度符合設計要求。

注:H代表濕接縫的后側,Q代表濕接縫的前側

a) 中跨S3截面U型梁底板各測點應力

b) 中跨S3截面U型梁頂緣各測點應力

3.2 靜力加載試驗下的靜力特性

圖7、圖8分別為靜力加載作用下U型梁底板應力與豎向變形縱向分布情況以及U型梁截面應力沿梁高分布情況。結果表明：在靜力加載作用下，U型梁頂緣應力與截面豎向變形分布基本均勻；箱梁底板應力分布不均勻，存在較弱的剪力滯效應[4]；U型梁橫向變形的實測結果與理論計算值相吻合，主梁橫向變形分布基本對稱，表明橋梁結構剛度滿足設計要求;靜力加載作用下截面應力沿梁高近似呈線性變化趨勢，基本符合平截面假定[4]。

4 結論

通過對節段拼裝式雙U型-箱型連續梁橋在施工過程及靜力加載試驗下的靜力特性進行研究，得到以下結論：

(1) 雙U型-箱型梁的靜力特性與一般梁較為類似；

a) U型梁底板應力

b) U型梁橫向變形分布

圖8 靜力加載作用下S1截面的應力沿梁高分布情況

(2) 截面應變沿梁高近似呈線性變化，符合平截面假定；

(3) 靜力加載作用下梁截面應力橫向分布較為均勻，且箱梁底板存在較弱的剪力滯效應。