卸载砂箱承载力试验研究

2022-12-01

概述

砂箱通常是一个底部设有流砂孔的钢管套箱, 其中填装工程砂。桥梁建造过程中, 在钢管支架上拼装钢结构桥梁以及浇筑混凝土桥梁时, 应用砂箱使支架与梁体脱离, 进而拆除支架。

桥梁上部结构完成需要拆除支架时, 因梁体自重全部压在支架上, 拆除支架非常困难。如在支架搭设时, 在支架和上部结构之间安装砂箱, 从而实现支架的安全卸载。

1. 工程简介

本文依托工程为北京顺于路西延工程跨越温榆河桥梁。该桥全长236m, 上部结构为变截面连续钢桁架混凝土组合梁, 跨径组合为73m+90m+73m。桥梁分左右两幅, 每幅由4榀钢桁架纵梁构成, 各纵梁之间由上下横梁连接, 钢桁架上设30mm厚CF50钢锭铣销型钢纤维混凝土桥面板。

在支架的钢管柱与分配梁之间设置砂箱, 砂箱由两个套筒相互嵌套所组成, 上部套筒内灌注有C20混凝土, 下部套筒中装有细砂。上部套筒嵌套在下部套筒内, 靠近下部套筒底部的侧壁上设有螺母阀门, 以使卸载时细砂的流出, 砂箱构造 (见图1) 。全桥纵向设22个支架, 为了保证砂箱必足够的承载力全桥设176个砂箱。

2 砂箱承载力试验方案

2.1 测点布置

本次试验砂箱由桥梁实际所用砂箱中随机抽取两个。试验中施加的竖向力由压力传感器监测, 加载过程中测试砂箱桶壁的应变, 加载至桶壁钢板进入屈服视为砂箱破坏。在每个砂箱外壁距底端50mm高度处, 沿环向布置3处测应变点, 每处测点布置1个环向应变片和1个竖向应变片, 3处测点相隔120°。采用量程5000k N的WHY-5000微机控制全自动压力试验机配合测力传感器进行试验, 应变采集设备采用DH3816静态应变测试系统。

2.2 加载方式

在正式试验前, 应对砂子进行预加载, 以使砂子处于密实状态。

正式加载时, 按5k N/s的加载速率对1号砂箱连续加载, 直至破坏, 加载期间由DH3816静态应变测试系统以1s为间隔连续采集应变数据。根据试验情况对2号砂箱的加载速率及加载吨位进行适当调整, 进行2号砂箱加载试验。

3 试验及结果分析

3.1 试验概况

试验中砂箱实际装砂量为10cm。对两个砂箱进行了2次预压, 预压力为1000k N左右。1号砂箱实际最大加载为3074.3k N, 壁板应变已经达到2000k N, 砂箱实际最不利荷载作用下最大压力小于2000k N, 考虑到试验设备的安全性未继续加载。2号砂箱实际最大加载为3067.9k N。试验结束后, 砂箱装砂压缩量均为3cm, 砂箱的砂筒外壁有一定的外凸变形, 上部混凝土未见破坏, 砂箱上部套筒的盖板边缘有下拉变形。

3.2 试验结果分析

3.2.1 环向应变

1号砂箱测点位置环向应变以拉为正。测点H1-1在荷载约为2500KN时进入塑性阶段, 其峰值应变为2155, 残余应变为948。测点H1-2、H1-3在测试过程中基本处于弹性阶段, 残余应变很小, 测点H1-2峰值应变为1139, 残余应变为39;测点H1-3峰值应变为858, 残余应变为113。

加载阶段2号砂箱受力行为与1号砂箱类似, 仅测点H2-1进入明显的塑性阶段, 测点H2-2、H2-3只产生很小的塑性变形。测点H2-1峰值应变为1335, 残余应变为312;测点H2-2峰值应变为781, 残余应变为36。测点H2-3峰值应变为958, 残余应变为93。

3.2.2 竖向应变

砂箱竖向应变较复杂, 实测竖向应变由两部分组成: (1) 环向应变和泊松比引起的竖向应变; (2) 上部钢管混凝土和内部砂子与砂筒内壁竖向摩擦引起的竖向应变。试验中砂箱的上下筒相对位置及加载均有可能出现一定的偏心。

1号砂箱竖向应变以拉为正。V1-1测点的峰值应变为75, 残余应变为-162;V1-2测点的峰值应变为576, 残余应变为92;V1-3测点峰值应变为514, 残余应变为91。

2号砂箱竖向应变V2-1测点峰值应变为-187, 残余应变为-36;V2-2测点峰值应变为91, 残余应变为56;V2-3测点峰值应变为236, 残余应变为24。

3.2.3 砂箱受力行为分析

由试验可知, 砂箱受载过程中存在荷载偏心, 对砂箱受力有一定影响。荷载偏心一方面导致环向变形不均匀, 也使竖向应变不均匀甚至交替出现拉压应变, 最终砂箱外壁某些局部进入屈服, 降低砂箱所能承受的最大荷载。安装过程中应尽可能减小偏心。

4. 结论

通过对砂箱的静载试验研究, 可得到如下结论: (1) 依托工程所用砂箱安全度满足工程要求; (2) 偏心荷载对砂箱影响较大, 易使砂箱某些部位提前屈服, 降低砂箱承载力, 安装时应注意避免偏心; (3) 安装砂箱时应注意使砂箱上、下筒对中, 上部结构传力点与砂箱中心对中; (4) 砂箱上部套筒的盖板宜选用厚钢板, 避免砂箱传力时上盖板变形过大, 影响砂箱整体承载力。

摘要：为揭示砂箱受压时受力行为, 评估砂箱承载力, 本文依托实际工程, 随机抽取工程中部分卸载砂箱进行静载试验。试验结果表明:砂箱承载能力满足工程要求, 砂箱受力过程中存在偏心, 偏心荷载对砂箱受力行为有影响, 导致砂箱局部先进入屈服阶段。工程实际中应注意采取措施减小砂箱受力的偏心。

关键词：砂箱,承载力,静载试验,钢桁架,桥梁