鐵路預應力混凝土橋梁收宿徐變控制技術探索

劉寶濤

【摘要】隨著我國經濟的發展，鐵路發展越來越快，鐵路技術也越來越先進，預應力混凝土橋梁收宿徐變控制技術在鐵路中的應用越來越廣泛。這就要求我們要不斷的創新和探索，本文主要對鐵路預應力混凝土橋梁收宿徐變控制技術進行詳細說明。

【關鍵字】鐵路；混凝土；徐變；

隨著我國經濟的發展，鐵路發展越來越快，鐵路技術也越來越先進，預應力混凝土橋梁收宿徐變控制技術在鐵路中的應用越來越廣泛

一、鐵路預應力混凝土橋梁概述

鐵路預應力混凝土橋指的是以預應力混凝土作為上部結構主要建筑材料的鐵路橋梁。預應力混凝土橋出現在20世紀30年代，50年代以來不斷取得巨大發展，預應力混凝土橋主跨90米，在中、小跨度范圍內現已占絕對優勢，在大跨度范圍內它正在同鋼橋展開激烈競爭。它是主要承重結構采用預應力鋼筋混凝土結構的橋梁。其優點是

（1）節省鋼材，降低橋梁的材料費用；

（2）由于采用預施應力工藝，能使混凝土結構的工地接頭安全可靠，因而以往只適應于鋼橋架設的各種不要支架的施工方法，現在也能用于這種混凝土橋，從而使其造價明顯降低；

（3）同鋼橋相比，其養護費用較省，行車噪聲小；

（4）同鋼筋混凝土橋相比，其自重和建筑高度較小，其耐久性則因采用高質量的材料及消除了活載所致裂紋而大為改進。

除此之外也有一些缺點，例如：自重要比鋼橋大，施工工藝有時比鋼橋復雜，工期較長。但這些缺點屬次要問題，且仍在不斷地克服。因此，在20世紀50年代以來所出現的一些新型橋梁中，它的適用范圍最廣，其發展方向是非常好的。

二、我國預應力混凝土鐵路橋梁的發展

我國預應力混凝土鐵路橋梁的發展大體上經歷了如下幾個階段：

1、 第一階段，從1950到1956年，我國預應力混凝土橋梁發展剛剛起步，1951年，鐵道部做出了跨度16米以及16米以下的橋梁應采用普通鋼筋混凝土代替鋼梁結構的重要決定，1954年鐵路部提出發展更大跨度的混凝土橋梁進一步取代鋼梁結構的要求。1955年順利完成了跨度為12米的預應力混凝土試驗橋梁的試制和研究工作。從1956年起，大力發展預應力混凝土橋梁建設階段。

2、 第二階段，從1956年到1965年，預應力混凝土橋梁逐步取代32米以下的鋼梁。

3、 第三階段，1965年以后，進入了預應力混凝土梁的改進與提高發展階段。在這個階段，預應力混凝土的改進與提高取得了巨大成果，具體表現如下：A、各種張力體系的擴大使用并逐步向大隊過渡。B、材料品種的多樣化。C、打破了幾十年來預應力混凝土橋梁跨度始終在32米以下停滯不前的局面。D、由簡支梁擴大到連續梁，而且還上升為標準設計。E、截面形式的多樣化。F、無渣橋面預應力混凝土橋梁的應用。G、由分片式向縱向多片式、橫向分段式或整孔式的演變。H、直線配筋、折線配筋先張法預應力混凝土橋梁的設計與推廣。

總之，近50年以來，我國中小跨度鐵路橋梁的發展取得的巨大成就，在我國鐵路建設中起到了重要作用。

預應力混凝土梁的優點：預應力混凝土構件可延緩混凝土構件的開裂，提高構件的抗裂度和剛度，高強度鋼筋和高強度混凝土的應用，可取的節約鋼筋、減輕構件自重的效果，且承載力不變。

三、混凝土收縮徐變的定義

混凝土是以水泥為主要膠結材料，拌合一定比例的砂、石和水，有時還加入少量的添加劑，經過攪拌、注模、振搗、養護等工序后，逐漸凝固硬化而成的人工混合材料。各組成材料的成分、性質和相互比例，以及制備和硬化過程中各種條件和環境因素，都對混凝土的力學性能有不同程度的影響。所以，混凝土比其它單一性結構材料（如鋼、木等）具有更為復雜多變的力學性能，但它卻是工程中最常用的建筑材料之一。 混凝土的收縮是指混凝土體內水泥凝膠體中游離水蒸發而使本身體積縮小的一種物理化學現象，它是一種不依賴于荷載而與時間、氣候等因素有關的干燥變形?；炷恋氖湛s應變值超過其軸心受拉峰值應變（，tp）的 3～5 倍，成為其內部微裂縫和外表宏觀裂縫發展的主要原因?；炷恋男熳兪侵冈诔掷m荷載作用下，混凝土結構變形將隨時間增長而不斷增加的現象。徐變在加載初期發展較快，而后逐漸減慢，其延續時間可達數十年?；炷两Y構在受拉、受壓、受彎時都會產生徐變，并且最終趨于收斂的極限徐變變形一般要比瞬時彈性變形大 1～3 倍。因此，在混凝土結構設計中徐變是一個不可忽略的重要因素混凝土的收縮是指混凝土在硬化過程中所發生的體積變化。

四、混凝土收縮徐變對橋梁結構的影響

總的來說，收縮徐變對結構或構件的影響主要表現在以下幾個方面： （1）結構在受壓區的徐變和收縮將引起變形的增加； （2）偏壓柱由于徐變使彎矩增加，增大了初始偏心，降低其承載能力； （3）預應力混凝土構件中，收縮和徐變導致預應力損失； （4）結構構件表面，如為組合截面，收縮和徐變引起截面應力重分布； （5）超靜定結構，引起內力重分布； （6）收縮使較厚構件的表面開裂。

五、影響徐變收縮的因素

混凝土的徐變是在應力作用下產生的，而混凝土收縮的產生則與應力無關。徐變、收縮雖各有自身的特點，但他們都可以與混凝土內水化水泥漿的特性聯系起來?；瘜W成分截然不同的水泥制造的混凝土，所反映的徐變、收縮性能并沒有本質上的差異，這說明徐變、收縮的機理在于混凝土水化水泥漿的物理結構，而不在于水泥的化學性質。 關于混凝土收縮的原因及機理可歸納為：

（1）自發收縮：自發收縮是在沒有水分轉移下的收縮，是一種因水泥水化產生的固有收縮，其根本原因是由于水泥水化物的體積小于參與水化的水泥和水的體積。自發收縮對于普通混凝土而言，由于遠小于干燥收縮對總縮量的影響，所以不予考慮，對于高強混凝土而言，由于具有較高的水泥含量，自生收縮對總縮量的影響較大，所以應予考慮。例如：早期水泥水化所產生的自生收縮，應予以考 慮；

（2）干燥收縮：干燥收縮的原因是混凝土內部水分的散失，但是需要指出的是，干燥開始時自由水的損失是不會引起混凝土的收縮的，干燥收縮的主要原因是吸附水的消失；

（3）碳化收縮：這是由混凝土中的水泥水化物與空氣中的二氧化碳發生化學反應而產生的。 關于徐變的機理，美國混凝土學會209委員會在1972年的報告中將其分為：（1）在應力和吸附水層潤滑的作用下，水泥膠凝體的滑動或剪切產生的粘稠變形； （2）應力作用下，由于吸附水的滲流或層間水轉動引起的緊縮； （3）水泥膠凝體對骨架彈性變形的約束作用所引起的滯后彈性應變；

（4）局部發生微裂、結晶破壞及重新結晶與新的連結所產生的永久變形。 根據混凝土徐變收縮的機理及原因，影響混凝土徐變與收縮的因素主要包括構件性質（材料性質、構件幾何性質、制造養護）、環境條件（溫度、濕度、環境介質）和荷載條件（加載歷史和荷載性質）

總之，混凝土收縮與徐變，是混凝土橋梁結構設計計算中的一個重要內容。徐變、收縮對混凝土橋梁的影響，時間跨度長且與結構形式、構件截面組成方式，以及施工方法等因素有關。根據目前的試驗與理論研究水平，估算的徐變與收縮一般有15%—20%的偏差。影響混凝土徐變、收縮的因素眾多，其機理在于混凝土水化水泥漿的物理結構。徐變、收縮有許多相同的影響因素，但收縮與混凝土的外加應力無關則區別于徐變。表達徐變、收縮隨時間發展的數學模型不是唯一的，并且會隨著研究的深入不斷改進。