客運專線預制箱梁終張拉彈性上拱度研究

李 松

(中鐵二局集團有限公司 新運公司，四川 成都 610031)

隨著我國客運專線鐵路的大力發展，工程中大量采用了后張法預應力混凝土簡支箱梁。該箱梁終張拉階段彈性上拱度是生產過程中一個重要的監測參數，是箱梁預拱度設置的重要依據。為揭示彈性上拱度的實際情況，本文結合客運專線無砟軌道后張法預應力混凝土32 m簡支箱梁(通橋(2008)2322A—Ⅱ)，對5孔箱梁終張拉全過程進行監測，并進行了有限元分析，為預拱度設置提供了基礎數據和理論依據［1-2］。

1 終張拉上拱度的監測

1.1 監測方法與過程［3］

通過監測箱梁在終張拉過程中位移的變化，可以了解梁體上拱度的發展情況。終張拉工序開始前在梁體底部兩側的支點及跨中位置分別設置百分表，預留20 mm左右的讀數空間，記錄下初始讀數。終張拉作業開始后，每進行一組鋼束張拉，對百分表讀數作一次記錄，直到完成所有鋼束的張拉。終張拉工序完成后待百分表基本沒有變化后采集最后一組數據，見圖1。本次監測的對象為客運專線無砟軌道后張法預應力混凝土32 m簡支箱梁(通橋(2008)2322A—Ⅱ)，二期恒載為120～140 kN/m，實測錨杯喇叭口摩阻平均為6%，管道偏差系數 k=0.002 15，管道摩擦系數 μ=0.57。

1.2 張拉工藝

圖1 終張拉監測試驗

客運專線預應力混凝土32 m簡支箱梁的張拉過程采用應力、應變雙控制，預施應力值以油壓表讀數為主，用預應力筋伸長值進行校核。預施力應采用兩端同步張拉，并左右對稱進行，最大不平衡束不應超過1束。張拉至鋼束設計控制應力，持荷5 min。在持荷狀態下，如發現油壓下降，應立即補至張拉控制應力。鋼束布置見圖2，終張拉順序為:

2N9→2 N8→N1a→2N2d→2N5→2N4→2N2b→2N10→2N7→2N6→2N3→2N1b→2N2c→2N2a。

2 有限元分析

2.1 模型建立

采用Midas/Civil軟件對32 m簡支箱梁進行有限元分析［4-5］。全橋共劃分為34個單元，支點處和跨中位置形成節點。梁體終張拉在存梁臺位上進行，邊界條件按實際情況設置。

2.2 預應力荷載的設置

在鋼束設置時，鋼束的預應力損失按實測的錨杯喇叭口摩阻、管道偏差系數及管道摩擦系數考慮。施工階段模擬時，將鋼束的張拉順序設置到荷載組上，即每組鋼束張拉步驟設置一個荷載組，在施工階段荷載設置時即可通過激活、鈍化荷載組的方法對張拉順序進行模擬。

2.3 有限元分析結果

通橋(2008)2322A—Ⅱ32 m簡支箱梁規定了四種二期恒載，分別為100～120 kN/m，120～140 kN/m，140～160 kN/m和160～180 kN/m，不同的二期恒載鋼絞線根數略有不同。用有限元的方法分別對四種情況下的終張拉彈性上拱度進行了計算，四種二期恒載下終張拉彈性上拱度分別為12.73 mm，13.25 mm，13.75 mm和13.95 mm。

圖2 預應力布置(單位:mm)

3 數據分析

將監測過程的數據與有限元分析的數據進行對比，分析結果見圖3和表1。結果表明，監測過程的數據與有限元的數據偏差不大，終張拉彈性上拱值最大的偏差為4.04%。從圖表中可以看出，監測數據比有限元數據要小，原因是實際混凝土強度及彈性模量比有限元分析采用的理論值要大。實際梁體的剛度較大，由此可以認為有限元分析的數據為彈性上拱度的上限值。張拉過程中上拱度偏差較大，是因梁體伴隨著預應力擴散始終在上拱，而每一步上拱的值比較小，造成相對誤差較大。

圖3 張拉順序與上拱度關系曲線

4 結論

對客運專線預制箱梁終張拉過程進行了全過程位移監測與有限元分析。結果表明，在100～120 kN/m，120～140 kN/m，140～160 kN/m，160～180 kN/m 4種二期恒載下箱梁終張拉彈性上拱度分別為12.73 mm，13.25 mm，13.75 mm和13.95 mm，有限元分析結果與監測數據比較吻合，最大偏差為4.04%。施工預拱度設置時終張拉彈性上拱部分可按該數據考慮。

表1 累計位移的計算值和監測結果比較

［1］寧貴霞，孔德艷，藺鵬臻，等．雙線鐵路整體 PC箱梁上拱度分析［J］．鐵道學報，2007，29(6):123-125．

［2］周冰，張艷芳，王毅明．后張法預應力簡支梁起拱度計算及施工應用［J］．鐵道建筑，2007(3):11-13．

［3］翟靜陽．鐵路客運專線900 t箱梁靜載彎曲試驗淺析［J］．交通科技，2008(4):96-98．

［4］趙曼，王新敏，閻貴平，等．整體式箱梁張拉過程的仿真分析［J］．西安建筑科技大學學報(自然科學版)，2006，38(4):564-568．

［5］楊鷹，孫遠，盛興旺，等．高速鐵路混凝土箱梁空間力學特性分析［J］．橋梁建設，2007(3):27-29．