高速鐵路大跨度預應力連續梁橋后期徐變控制措施研究

摘 要：以滬寧城際高速鐵路某連續梁橋（72+125+75）m為工程背景，采用有限元計算軟件分析了預應力鋼束的張拉、混凝土加載齡期及二期恒載施工時間這三種不同因素對高速鐵路預應力連續梁后期徐變的影響，并提出了相應的后期徐變控制措施，為同類型高速鐵路橋梁的徐變控制提供了一定借鑒。

關鍵詞：高速鐵路；連續梁；后期徐變

1 引言

從上世紀50年代預應力混凝土梁橋在鐵路橋梁建設中使用開始，橋梁設計師一直被其因徐變引起的上拱或者下撓所困擾。早期部分預應力混凝土鐵路橋后期徐變變形較大，少數橋梁徐變上拱值達到100mm以上。隨著我國交通運輸的發展，預應力混凝土梁橋在高速鐵路建設中廣泛使用。由于高速鐵路的技術條件和指標與普通鐵路相差較大，并且必須具備高平順性、高穩定性、少維修的特點，而橋梁的較大變形直接影響軌道的平順性，將使得高速運行的列車對橋梁結構產生附加沖擊作用，影響列車行駛的安全性和舒適性。因此，必須對橋梁混凝土的徐變特征及影響因素進行研究，并提出相關的后期徐變控制措施。

2 混凝土徐變機理及計算理論

關于混凝土徐變機理的理論很多，這些研究一般都以水泥漿的微觀結構為基礎。目前主要有粘彈性理論、滲出理論、粘性流動理論、塑性流動理論、力學變形理論、內力平衡理論及微裂縫理論等[1]。

現行《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范》（以下簡稱鐵路05規范）中關于徐變的計算，借鑒了歐洲混凝土委員會于1978年提出的收縮徐變預測CEB-FIP（1978）模型。該計算模型采用滯后彈性變形與塑性變形相加的表達式來計算徐變系數，并將塑性變形分為初始急變和流變[2]。該模型數學徐變系數表達式如下：

3 連續梁橋后期徐變控制措施研究

3.1 預應力的張拉對后期徐變的影響

對于預應力箱梁，預應力對其的作用主要有軸力和彎矩這兩部分。當預應力作用效應與恒載效應等效時，梁體將處于均勻受壓狀態。因此，設計時可通過此原理進行預應力鋼束布置。對于懸臂施工的連續梁，可對頂板預應力鋼束進行調整使得梁體最大懸臂狀態時預應力所產生的彎矩與梁體自重所產生的彎矩相抵消，從而達到梁體合攏前位移以及轉角都比較小的目的[4-6]。并且，合理的鋼束布置在滿足結構強度要求的同時，還能使得梁體截面上下翼緣應力差值接近。但設計時很難實現梁體軸向均勻受壓，橋梁設計師可通過調整連續梁跨中底板束的方法，減小預應力束產生的彎矩與自重產生的彎矩差，達到減小混凝土后期徐變的目的[7-9]。

3.1.1 預應力布置方案

本文選取3種方案，通過逐步增加中跨底板鋼束使得截面上下翼緣應力接近的方法，對比分析不同預應力布置方案對預應力混凝土梁橋后期徐變的影響，布置方案見表3-1與圖3-1。

3.1.2 不同方案預應力布置對徐變的影響

以上三種鋼束布置方案下該橋后期徐變值見表3-2～3-3。方案三后期徐變變形圖見圖3-2。

由以上計算結果可知隨著跨中底板束增加，邊跨跨中徐變上拱與中跨徐變下撓值均減小。對于10年后邊跨徐變上拱值，方案二是方案一的91.2%，方案三是方案一的74.1%；對于10年后中跨徐變下撓值，方案二是方案一的50.3%，方案三是方案一的44.6%。結果表明合理布置連續梁跨中底板鋼束能夠有效的減小由于徐變效應導致的結構的上拱與下撓。

3.2 混凝土加載齡期對后期徐變變形的影響

由2.2關于混凝土的計算理論可知加載齡期是影響混凝土徐變的重要參數。本節分別對齡期為3天、7天、10天、15天以及30天時該橋后期徐變效應進行對比分析。圖3-3為不同混凝土加載齡期是該橋成橋十年后的徐變變形曲線。

由以上計算結果可得出以下兩點結論：（1）成橋不同加載齡期情況下成橋十年后邊跨跨中徐變上拱值分別為：5.56mm、5.37mm、5.26mm、5.10mm及4.74mm；（2）邊跨和中跨跨中附近后期徐變受加載齡期影響最大，其他部分影響較小。

3.3 二期恒載施工時間對后期徐變變形的影響

本節針對混凝土加載齡期為七天使不同二期恒載施工時間對后期徐變效應的影響進行分析。選取存梁時間分別為30天、60天、90天、120天和180天的后期徐變做對比，詳見表3-4～3-5。

由上表可知：對于該連續梁橋邊跨，存梁時間180天的十年徐變上拱值為30天的66.1%；而對于中跨，存梁時間180天的十年徐變下撓值比30天時增大3.25mm。由上表數據對比可知，在條件允許的情況下存梁期為60天為最優選擇。

4 小結

本文從預應力鋼束的布置、混凝土加載齡期及二期恒載施工時間這三個方面對后期徐變的影響進行分析，得出以下結論：

（1）調整連續梁橋底板束能夠有效的控制結構后期徐變線形。

（2）加載齡期對連續梁橋后期徐變變形具有一定影響，適當延長混凝土齡期能夠減小后期徐變變形。

（3）二期恒載施工時間對連續梁橋后期徐變變形有一定影響，最佳存梁時間為60天。

參考文獻

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