高速鐵路預應力混凝土連續梁后期徐變分析

摘 要：在長時間的重量壓力下，大跨度預應力的混凝土由于自身特性而產生徐變的變形，大多數高速鐵路選擇運用無砟軌道，但是它的可調整性比較小。隨著高速鐵路的發展，人們對于鐵路平整性的需求十分迫切，控制高速鐵路預應力混凝土橋梁的形變問題越來越受到重視。文章通過對影響徐變的因素進行分析并為施工提出了幾點建議，希望能為相關單位提供借鑒。

關鍵詞：預應力；混凝土；后期徐變；連續橋梁；無砟軌道

1 概述

應力混凝土連續梁橋設計具有很多優勢。高速列車行駛起來平順舒適，具有很少的伸縮空隙，容易護理，具有很強的抗震性能等。箱型的截面是預應力混凝土連續梁橋常用的截面形式。運用預應力混凝土連續箱梁在很大程度上增強了梁橋的跨越能力，預應力混凝土連續梁橋在一定的距離區間內占有領先的地位。預應力混凝土連續梁橋由于自身的優勢，已經廣泛的運用于城市橋梁、高速鐵路、公路橋等。雖然預應力混凝土連續梁橋有很多施工方法，但是懸臂施工法運用的最多，它為預應力混凝土連續橋梁的發展提供了有效保障。當采用懸臂法施工預應力混凝土橋梁的時候，混凝土不同階段的齡期會有5天至6個月的差別，徐變所引起的各施工階段的撓度變化，應力損失及體系轉化后的內力重分配等都是施工過程中需要重點關注的問題。

2 混凝土徐變的基本概念

混凝土的徐變與持續的應力有很大的關系，包括的類型為：（1）基本徐變，又叫做真徐變，當水分沒有變化的情況才產生；（2）干燥徐變，這種徐變是與構件所含水分的變化有關的，跟隨著水分的變化而變化。加載齡期與所含水分的多少對混凝土的徐變有決定作用。在水泥水化的影響下，構件中的應變時間越長而增加的幅度越大，這個過程不只發生在幼齡混凝土，構件的整個使用期都會發生。混凝土的徐變特性會是應力松弛，即在外界壓力作用下，假如保持變形為常量，則結構應力將隨著時間而漸漸變小。

在20世紀初期人們開始發現混凝土徐變現象，界內的相關人士也提出了一些研究理論成果，但這些理論的應用范圍不同，沒有一種能夠完全解釋相關現象。

3 預應力混凝土連續梁徐變效應分析

3.1 施工工程舉例

以某一個變截面預應力混凝土連續梁橋運用的是采用混凝土、瀝青混合料等整體基礎取代散粒碎石道床的軌道結構的高速鐵路做示例。我們選定了五座來分析，進行的跨度布置如下：（32+48+32）m，（40+56+40）m，（40+72+40）m，（48+80+48）m，（75+125+75）m。中跨125m連續梁采用C60混凝土，剩下的4座均采用C50混凝土。

3.2 預應力混凝土連續梁徐變的影響因素分析

通過使用相關的技術來建立上述5座橋梁的整體構架模型。從變化量混凝土彈性模量E、預應力張拉齡期τ兩個方面來探究預應力混凝土連續梁徐變的影響因素。

3.2.1 混凝土彈性模量E對后期徐變值的影響

徐變系數計算表達式采用《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTJ 023-85）附錄四中的模型運算，即鐵路05規范中所推崇的運算模型，混凝土齡期7d，彈性模量設計值E=3.55×104MPa，混凝土彈性模量E變化時，其變化的區間是設計值的80%～120%，以5%為級差。其結果如表1所示。

根據表1分析可得：（1）無論是梁上拱或下撓，后期徐變值都會隨著混凝土彈性模量E的變大而減小；（2）當連續梁的中跨比80m小的時候，最大后期徐變值與最小后期徐變值的差在3mm以內并且也滿足相關規定；（3）當連續梁的中跨度為125m的時候，在保持設計的情形下，后期徐變值能達到-8.24mm，受彈性模量E的變化影響比較大，在0.8E時，后期徐變值達到-13.14mm，沒有滿足相關規定的限制要求。

3.2.2 預應力張拉齡期τ變化對后期徐變值的影響

運用上述模型中的徐變系數運算的公式，彈性模量設計值E=3.55×104MPa，如果齡期發生改變，則預應力張拉齡期活動的區間為4～10d，以1d為級差，那么與之相符合的標準節段工程時間為6～12d。通過計算分析可得預應力張拉齡期τ變化影響后期徐變值存在以下規律：（1）當預應力張拉齡期τ增大的時候，后期徐變值會減小。（2）當預應力張拉齡期τ由4d變化至10d的時候，這5座橋梁的后期徐變值得差異較小，最大最小差值均在2mm以內，并且5座橋梁的后期徐變值都符合《新建時速300～350km客運專線鐵路設計暫行規定》。

4 對于高速鐵路施工所提出的幾點對策

減少高速鐵路的徐變變形可以通過對施工過程進行嚴格的控制以及實時的進行圖紙設計改進來進行。我們通過結合中國國家施工工程現狀，提出了以下解決對策：

（1）由于大跨度橋梁后期徐變受彈性模量E的作用比較大，跨度橋梁的后期徐變值受彈性值的影響比較大，彈模值越大，對后期徐變值的影響越大。因此，預應力混凝土連續梁預應力張拉必須在混凝土的強度和彈性模量全部滿足設計要求的值時進行。

（2）通過上述例子論述可以知道，張拉預應力時的混凝土齡期τ從4d至10d變化時（即標準節段工期從6d變化到12d），所相應的徐變量最高最低數值差距都是毫米以內，非常小，其中后期徐變量差異最大的時候才2mm左右。可以說，后期徐變量雖然在張拉預應力時的混凝土齡期τ從4d至10d的時候有減小的趨勢，但總體來看，它的變化趨勢不明顯，施工的過程中應該根據實際情況進行調整，盡量不要小于4d。

（3）對于徐變原理來說，影響徐變的因素有很多且比較復雜，此外，徐變計算的理論不同，其計算的徐變值也有很大的差異，所以，我們在進行高速鐵路預應力混凝土連續梁后期徐變分析的時候，要盡量選擇具有代表性的橋梁并進行長期的觀察、記錄橋梁結構的變化，來提高觀測的準確性以及可信度。

5 結束語

文章首先對混凝土徐變的概念進行界定，并且以具體的例子分析了預應力混凝土連續梁徐變效應，運用常用的混凝土徐變預測模型找出了影響混凝土連續梁后期徐變，并為施工提出了幾點建議。文章通過以某高速鐵路的變截面預應力混凝土連續梁橋作為例子，探究了預應力混凝土連續梁后期徐變對大跨度高速鐵路梁橋的重要作用，總結出了相應的規律，希望能夠給以后類似的工程建設提供借鑒。

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