大跨度客運(yùn)專線連續(xù)剛構(gòu)橋后期徐變研究

張順義

0 引言

由收縮徐變和預(yù)應(yīng)力損失引起的變形即后期變形較大，是影響軌道平順性和列車平穩(wěn)性的一個(gè)重要因素。尤其對(duì)橋上無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)整軌道扣件難以保持軌道的平順性。

1 工程簡(jiǎn)介

某大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，采用無(wú)砟軌道，橋跨布置為(108+2×185+115)m，見(jiàn)圖 1。主梁采用掛籃對(duì)稱懸臂澆筑施工。

2 常用規(guī)范徐變系數(shù)分析和徐變效應(yīng)計(jì)算方法

2.1 各種規(guī)范徐變系數(shù)比較分析

工程應(yīng)用當(dāng)中，常采用徐變系數(shù) φ(t，τ)描述徐變變化規(guī)律，徐變系數(shù)是徐變應(yīng)變和彈性應(yīng)變的比值，中國(guó)和歐洲規(guī)范都以混凝土齡期28 d時(shí)的彈性應(yīng)變?yōu)榛鶞?zhǔn)定義徐變系數(shù)，即:

現(xiàn)行中鐵規(guī)范徐變系數(shù)計(jì)算見(jiàn)式(1)，中交規(guī)范徐變系數(shù)計(jì)算見(jiàn)式(2)，根據(jù)以上幾種規(guī)范中徐變系數(shù)公式計(jì)算所得結(jié)果見(jiàn)圖2。

2.2 徐變變形計(jì)算方法

目前主要徐變計(jì)算理論有有效模量法、老化理論(徐變率法)、彈性徐變理論(疊加法)、彈性老化理論(流變率法)、繼效流動(dòng)理論等，在實(shí)際結(jié)構(gòu)分析中采用較多的是擴(kuò)展Disch-inger法、中值系數(shù)法、齡期調(diào)整有效模量法、分時(shí)步徐變疊加法(SSM法)等，這些方法均有徐變與應(yīng)力關(guān)系是線性的、服從鮑爾茨曼(L.Bol-tzman)疊加原理兩方面的假定。客運(yùn)專線大跨度梁橋通常采用全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，可不考慮梁體進(jìn)入塑性變形時(shí)的徐變效應(yīng)，此外，試驗(yàn)研究表明，當(dāng)混凝土應(yīng)力 σc＜(0.4～0.5)fc后時(shí)，徐變行為基本上在線彈性范圍內(nèi)。高速客運(yùn)專線軌道梁在壽命周期內(nèi)能滿足，對(duì)其徐變變形的分析基本上采用線性徐變理論，均能滿足其兩方面的假定要求，其計(jì)算精度可以滿足實(shí)際工程要求。Bazant推薦采用基于疊加原理的SSM法，該法的實(shí)際應(yīng)用較為廣泛，在遞增荷載作用下精度較高，卸載時(shí)可通過(guò)計(jì)算時(shí)段的細(xì)分來(lái)保證計(jì)算精度，并且適用于任何荷載歷史和強(qiáng)迫位移。對(duì)于本文中大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，一般采用分段懸臂澆筑的施工方法，在施工過(guò)程中，由于現(xiàn)澆梁段與已澆梁段之間存在齡期差，以及合龍時(shí)體系轉(zhuǎn)換的問(wèn)題，收縮徐變引起的結(jié)構(gòu)變形受到多余約束，從而在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生次內(nèi)力。因此，本文借助于采用SSM法進(jìn)行計(jì)算的有限元分析軟件Midas/Civil對(duì)大橋進(jìn)行后期變形分析。

3 大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋后期變形計(jì)算分析

3.1 有限元模擬

本文采用大型有限元軟件包Midas分別按照中鐵規(guī)范和中交規(guī)范兩種規(guī)范對(duì)大橋進(jìn)行后期變形分析計(jì)算。主梁和橋墩均采用梁?jiǎn)卧M，兩個(gè)雙臂墩和中墩上方處的0號(hào)塊分別劃為14個(gè)單元，其余22塊梁段劃為1個(gè)單元，邊跨合龍段分別劃為 2個(gè)單元，中跨合龍段分別劃為4個(gè)單元，橋墩共劃為35個(gè)單元，全橋共采用了231個(gè)梁?jiǎn)卧０凑諛蛄簩?shí)際結(jié)構(gòu)和施工方案逐步逐階段進(jìn)行模擬，模擬過(guò)程共分為25個(gè)階段，第1階段為模擬0號(hào)塊施工(包括混凝土澆筑、掛籃操作、相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力張拉等)，第2階段～第22階段分別為模擬1號(hào)～21號(hào)塊施工，第23階段是模擬兩邊跨合龍，第24階段是模擬兩中跨合龍，第25階段是模擬二期恒載的加載。計(jì)算時(shí)間從施工開(kāi)始到竣工再到收縮徐變完成，劃分為若干階段，每一階段劃分為若干時(shí)間間隔，以施工階段的起訖時(shí)間、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的時(shí)間、加載或卸載的時(shí)刻，作為各階段與時(shí)間間隔的分界點(diǎn)，大橋梁段分22塊施工，0號(hào)塊施工持續(xù)時(shí)間為15 d，其他21塊施工持續(xù)時(shí)間為10 d，合龍段施工持續(xù)時(shí)間為20 d，合龍半年后鋪軌。計(jì)算過(guò)程考慮實(shí)際施工中的每一步施工過(guò)程和施工工藝，如安裝掛籃、混凝土的養(yǎng)護(hù)和張拉預(yù)應(yīng)力的時(shí)間等，在合龍時(shí)還需考慮結(jié)構(gòu)的體系轉(zhuǎn)換。最大懸臂階段和成橋有限元模型見(jiàn)圖3，圖4。

3.2 計(jì)算結(jié)果及分析

本文以鋪軌時(shí)橋梁的變形為基準(zhǔn)，分別按照中鐵和中交兩種規(guī)范對(duì)大橋鋪軌0.5年、1年、2年、3年、4年、5年、9年和20年后橋梁的后期變形進(jìn)行了計(jì)算，并對(duì)兩種規(guī)范計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。

計(jì)算結(jié)果表明:1)按照兩種規(guī)范計(jì)算所得橋梁后期變形變化規(guī)律相同，鋪軌后隨著時(shí)間的推移，大橋的上拱和下?lián)喜粩嘣龃螅佨壓笄皫啄陿蛄壕€形隨時(shí)間變化較快，后幾年隨時(shí)間變化逐漸減慢。2)按中鐵規(guī)范計(jì)算所得的大橋上拱及下?lián)暇^按中交規(guī)范計(jì)算所得的大。

4 結(jié)語(yǔ)

1)較大跨度橋梁的徐變變形較為復(fù)雜，徐變系數(shù)如何正確取值對(duì)大橋后期變形影響較大。2)按中鐵規(guī)范計(jì)算所得橋梁的后期變形較按中交規(guī)范計(jì)算所得的大得多，應(yīng)對(duì)現(xiàn)有橋梁進(jìn)行實(shí)際觀測(cè)，對(duì)兩種規(guī)范計(jì)算預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正，為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)橋梁后期變形提供依據(jù)。3)應(yīng)分析橋梁后期變形原理和影響后期變形的因素，并研究如何控制預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的后期徐變變形。4)對(duì)于大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，設(shè)計(jì)階段應(yīng)考慮橋梁的后期變形超限的可能性，增設(shè)一些體外預(yù)應(yīng)力并將其布置于合理有效的位置等措施，以便調(diào)整橋梁后期過(guò)大的上拱或下?lián)稀?/p>

[1] 張烈霞.混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋墩梁固結(jié)處的應(yīng)力分析[J].山西建筑，2008，34(5):336-337.