某路叠合装配整体式管廊试验段静载试验简述
刘 勇 谢震雨
(长沙市城市建设科学研究院,湖南 长沙 410000)
摘 要:在城市地下空间的建设过程中,装配整体式综合管廊技术是一种新型管廊施工技术,该技术主要是将预制混凝土高质
量,以及现浇混凝土的整体性良好等诸多优点相结合,为保证管廊的施工质量,特进行本试验。关键词:装配整体式;综合管廊
1 概述
本叠合装配整体式管廊试验段拟建于**路综合管廊工程试验段,管廊结构采用四舱断面,管廊节长3.0m,宽15.85m,高4.15m。采用的叠合装配整体式结构,即管廊的顶板、底板和墙板均为在工厂部分预制,现场安装后再现浇混凝土形成一个整体。
设计使用年限100年,安全等级一级,结构重要性系数1.1,结构裂缝控制等级为三级,裂缝宽度≤0.2mm且不贯通,防水等级二级,C30混凝土抗渗等级P8,地基基础设计等级丙级,混凝土结构环境类别为二b。
为检验试验段管廊的结构受力性能满足设计、规范的要求,我单位于2016年11月16日对**路综合管廊试验路段进行了结构性能静载荷试验,
检验管廊结构承载能力是否满足设计与规范要求,为管廊结构交付正常使用提供依据。2 试验依据(1)《城市综合管廊工程技术规范》GB 50838-2015。(2)《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204-2015。(3)《混凝土结构试验方法标准》GB/T 50152-2012。(4)《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012。(5)《长沙市综合管廊预制拼装试验段技术方案》。(6)《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)。(7)《城市桥梁检测与评定技术规范》(CJJ/T 233-2015)。(8)《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)。(9)施工设计图纸。3 试验方案
3.1 试验荷载
参考《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)、《城市桥梁检测与评定技术规范》(CJJ/T 233-2015)进行静载试验。参考桥梁荷载试验的要求,验收性荷载试验的控制荷载采用荷载标准值进行加载试验。荷载效率系数ηq不宜过小,否则不能反映出荷载下的工作性能,同时也不宜过大以防结构局部损坏。《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)规定试验效率系数ηq控制在0.95~1.05之间,本次试验取加载效率系数取1.0。
根据规范及设计图纸,加载荷载取值如下:(1)恒载:试验时填土、路基层等恒载已施工完成,只差5cm的沥青混凝土路面层,24×0.05=1.2kN/m2;
(2)活载:根据设计图纸,管廊顶板上活载标准值按湘2015SZ102-4总图说明(四),车辆城A级等代均布荷载换算表得到的活载标准值10.5kN/㎡。
(3)现场用混凝土块(长条状尺寸为0.55m×0.8m×9m,1块101kN)进行等效加载,1.2+10.5=11.7kN/m2。考虑到填土高度应力扩散,加载宽度应比管廊宽度要稍宽,现场试验准备了200吨混凝土块。混凝土块之间的间距0.94m时,试验荷载为101kN÷(0.94m×9m)=11.9kN/m2>11.7kN/m2,满足试验要求。
3.2 试验模型
根据现场条件,以结构分析的结果为依据进行静载试验,试验模型计算采用专业有限元软件MIDAS.CIVIL 2010(V7.8.0)
进行理论分析,分析模型如下。参考设计计算书,结构计算
模型为支承在弹性地基上的平面框架结构,基底用只受压不受拉的弹性支撑,纵向取1m为一计算单元。混凝土弹性模量E=3.13×1010N/m2,泊松比0.2,容重25.49kN/立方米,截面刚度计算中考虑主筋的影响。结构受力计算结果如下图4.2-图4.4,结构变形如图4.5。
图4.1 试验段管廊结构计算模型
图4.2 结构弯矩图(kN·m)
图4.3 结构轴力图(kN)
图4.4 结构剪力图(kN)
图4.5 结构变形图(mm
3.3 现场加载3.3.1 测试构件
每节管廊长度3m,加载设计时为了消除尺寸的影响,静荷载试验时按3节共9m长进行加载,测试中间的1节管廊在静力荷载作用下的效应。试验段管廊加载测试管廊节段位置为k6+399.5。
3.3.2 加载分级
按混凝土荷载块编号分两级加载,第一级加载1#-5#,第二级全断面加载(6#-19#),一次缷载。每级加载完成后,应持续10min~15min,在持续时间内,应观察裂缝的出现和开展等,待数据稳定后,观察并记录读数。
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2018年第17期
建材发展导向
3.4 测试内容及测点布置3.4.1 测试内容
根据试验计算及现场情况,静载试验选择测试内容为顶板变形和应变数据,若存在裂缝则进行裂缝宽度测量。
3.4.2 挠度观测
试验荷载作用下的变形见图4.5,跨度为4.2m与4.8m的两跨挠度相对较大,另外两跨度较小的顶板挠度很小,主要测试4.2m跨与4.8m跨的L/4、L/2处的挠度,采用、吊锤、百分表测量。
3.4.3 应力观测
应力观测利用混凝土表面应变计,在填土前在弯矩较大的顶板L/2、外墙L/2及结点负弯矩表面粘混凝土表面应变计。
3.4.4 裂缝观测
在加载前后对跨中、结点等敏感部位进行仔细的裂缝检查、观测,如发现裂缝则编号、绘裂缝分布图,用裂缝观测仪测量裂缝宽度,用钢尺测量裂缝长度。4 试验数据及分析
4.1 校验系数
根据交通部《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011),引入校验系数ζ来描述试验值与理论分析值比较结果,评定结构整体受力性能。
S=eζ=SsSe—试验荷载作用下主要侧点实测的弹性变位或应式中:
Ss—试验荷载作用下主要侧点的理论计算变位或应变值。变值;
根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)中8.3.1条规定,ζ值不应大于1,否则应判定桥梁承载能力不满足要求。
4.2 测值修正
根据各类仪表的标定结果进行测试数据的修正,如考虑机械式仪表较正系数、电测仪表率定系数、灵敏系数、电阻应变观测的导线电阻影响等等。这些因素对测值的影响小于1%时可不予修正。
4.3 温度影响修正
按下式进行温度修正计算:S=S′-Δt·Kt
S—温度修正后的测点加载测值变化;S′—温度修正式中:
Δt—相应于S′观测时间段内的温度变前的测点加载测值变化;
化(℃)。对应变宜采用构件表面温度,对挠度宜采用气温;Kt—空载时温度上升1℃时测点测值变化量。
4.4 支点沉降影响的修正
当支点沉降量较大时,应修正其对挠度值的影响,修正量C可按下式计算:
s′p—相对残余变位(或应变)式中:,sp、st意义同前。
4.5.1 挠度数据
在处理挠度测试数据时,不考虑支点变形量其对跨中挠度值的影响(偏安全)。
规范要求挠度校验系数ζ应满足ζ≤1的要求。而实际各测点的挠度校验系数ζ最大为0.,均小于1.0,满足要求。各测点的相对残余变位S′p均小于容许值20%,满足要求。
4.5.2 应变数据
结构应变测试结果见表5-2。结构各测点的应变校验系数ζ应满足ζ≤1的要求。而实际各测点的应变校验系数ζ最大为0.63,均小于1.0,满足要求。各测点的相对残余变位S′p最大为12.5%,小于容许值20%,满足要求。
表5-2 应变测点测试结果分析表(με)
测点项目 第1级第2级第1级弹性应变实测值实测值实测值实测值第2级理论值管廊外侧测点编号管廊内侧测点编号W1#W2#W3#W4#W5#W6#W7#W8#W9#N1#N2#N3#N4#131310916817512512431116111041741727-1-4-1-4-133133132301014/0052152133/0091671440112011203700001/00-4-6-4-6-13/00总应变校验系数0.300.320.280.400.630.310.57实测值0残余应变相对残余应变(%)01600000000000.350.212.500注:正数表示受拉,负数表示受压。
=Cl−xxa+bllC—测点和支点沉降影响修正量;l—A支点到B支式中:
x—挠度测点到A支点的距离;a—A支点沉降量;b—点的距离;
B支点沉降量。
4.5 各测点变位(挠度、位移、沉降)与应变的计算根据量测数据作下列计算:
st=s1-si总变位(或总应变):
se=s1-su弹性变位(或弹性应变):
sp=st-se=su-si残余变位(或残余应变):
si—加载前测值;s1—加载达到稳定时测值;su—卸式中:
载达到稳定时测值。
引入相对残余变位(或位移)的概念描述结构整体或局部进入塑性工作状态的程度。相对残余变位(或应变)按下计算:
4.5.3 结构构件损伤观测
最大荷载值下的管廊内部混凝土表面情况,各级荷载下构件内表面均未出现混凝土开裂、压碎等异常现象。5 结语与建议
5.1 结语
通过对管廊静载试验情况及测试数据的分析,得出以下结论:
(1)在各级静荷载作用下,各测点应变的校验系数均小于1.0,挠度的校验系数均小于1.0,表明试验管廊结构的承载能力满足要求,结构强度和刚度满足设计要求。
(2)各测点相对残余变位(或应力)均小于20%,表明该管廊在静载试验荷载作用下,处于弹性工作阶段内。
(3)在静载试验期间,进行了管廊的裂缝观测,未观测到可见裂缝,并未发现任何异常现象。
综上所述,**路叠合装配整体式管廊试验段(K6+365.5~K6+410)结构承载能力满足设计与规范要求。
5.2 建议
(1)严格按设计规定的城-A荷载等级限载,严禁超载车的通行;
(2)对本试验段管廊结构的变形、有无开裂、破损、病害等情况进行定期检查,以确保结构的安全性和耐久性。参考文献:
[1] 关于加强城市地下管线建设管理的指导意见[S].[2] 关于加强城市地下管线建设管理的指导意见[S].
[3] GB 50838-2015.城市综合管廊工程技术规范[S].2015.
[4] GB 50204-2015.混凝土结构工程施工质量验收规范[S].2015.[5] GB/T 50152-2012.混凝土结构试验方法标准[S].2012.[6] GB 50009-2012.建筑结构荷载规范[S].2012.[7] 长沙市综合管廊预制拼装试验段技术方案[S].[8] 装配整体式综合管廊施工技术分析[S].
s'=pspst×100%作者简介:刘勇(1981.03-),男,本科,工程师,主要从
事:建筑工程科研检测工作。
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