高速鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁后期徐變分析

摘 要：在長時間的重量壓力下，大跨度預(yù)應(yīng)力的混凝土由于自身特性而產(chǎn)生徐變的變形，大多數(shù)高速鐵路選擇運用無砟軌道，但是它的可調(diào)整性比較小。隨著高速鐵路的發(fā)展，人們對于鐵路平整性的需求十分迫切，控制高速鐵路預(yù)應(yīng)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(guān)單位提供借鑒。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力；混凝土；后期徐變；連續(xù)橋梁；無砟軌道

1 概述

應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計具有很多優(yōu)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(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋常用的截面形式。運用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁在很大程度上增強了梁橋的跨越能力，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋在一定的距離區(qū)間內(nèi)占有領(lǐng)先的地位。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋由于自身的優(yōu)勢，已經(jīng)廣泛的運用于城市橋梁、高速鐵路、公路橋等。雖然預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋有很多施工方法，但是懸臂施工法運用的最多，它為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋梁的發(fā)展提供了有效保障。當(dāng)采用懸臂法施工預(yù)應(yīng)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(yīng)力損失及體系轉(zhuǎn)化后的內(nèi)力重分配等都是施工過程中需要重點關(guān)注的問題。

2 混凝土徐變的基本概念

混凝土的徐變與持續(xù)的應(yīng)力有很大的關(guān)系，包括的類型為：（1）基本徐變，又叫做真徐變，當(dāng)水分沒有變化的情況才產(chǎn)生；（2）干燥徐變，這種徐變是與構(gòu)件所含水分的變化有關(guān)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(gòu)件中的應(yīng)變時間越長而增加的幅度越大，這個過程不只發(fā)生在幼齡混凝土，構(gòu)件的整個使用期都會發(fā)生?；炷恋男熳兲匦詴菓?yīng)力松弛，即在外界壓力作用下，假如保持變形為常量，則結(jié)構(gòu)應(yīng)力將隨著時間而漸漸變小。

在20世紀初期人們開始發(fā)現(xiàn)混凝土徐變現(xiàn)象，界內(nèi)的相關(guān)人士也提出了一些研究理論成果，但這些理論的應(yīng)用范圍不同，沒有一種能夠完全解釋相關(guān)現(xiàn)象。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁徐變效應(yīng)分析

3.1 施工工程舉例

以某一個變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋運用的是采用混凝土、瀝青混合料等整體基礎(chǔ)取代散粒碎石道床的軌道結(jié)構(gòu)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(xù)梁采用C60混凝土，剩下的4座均采用C50混凝土。

3.2 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁徐變的影響因素分析

通過使用相關(guān)的技術(shù)來建立上述5座橋梁的整體構(gòu)架模型。從變化量混凝土彈性模量E、預(yù)應(yīng)力張拉齡期τ兩個方面來探究預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)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(shù)計算表達式采用《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTJ 023-85）附錄四中的模型運算，即鐵路05規(guī)范中所推崇的運算模型，混凝土齡期7d，彈性模量設(shè)計值E=3.55×104MPa，混凝土彈性模量E變化時，其變化的區(qū)間是設(shè)計值的80%～120%，以5%為級差。其結(jié)果如表1所示。

根據(jù)表1分析可得：（1）無論是梁上拱或下?lián)?，后期徐變值都會隨著混凝土彈性模量E的變大而減??；（2）當(dāng)連續(xù)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(nèi)并且也滿足相關(guān)規(guī)定；（3）當(dāng)連續(xù)梁的中跨度為125m的時候，在保持設(shè)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(guān)規(guī)定的限制要求。

3.2.2 預(yù)應(yīng)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(shù)運算的公式，彈性模量設(shè)計值E=3.55×104MPa，如果齡期發(fā)生改變，則預(yù)應(yīng)力張拉齡期活動的區(qū)間為4～10d，以1d為級差，那么與之相符合的標準節(jié)段工程時間為6～12d。通過計算分析可得預(yù)應(yīng)力張拉齡期τ變化影響后期徐變值存在以下規(guī)律：（1）當(dāng)預(yù)應(yīng)力張拉齡期τ增大的時候，后期徐變值會減小。（2）當(dāng)預(yù)應(yīng)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(nèi)，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(shè)計暫行規(guī)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(shè)計改進來進行。我們通過結(jié)合中國國家施工工程現(xiàn)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(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力張拉必須在混凝土的強度和彈性模量全部滿足設(shè)計要求的值時進行。

（2）通過上述例子論述可以知道，張拉預(yù)應(yīng)力時的混凝土齡期τ從4d至10d變化時（即標準節(jié)段工期從6d變化到12d），所相應(yīng)的徐變量最高最低數(shù)值差距都是毫米以內(nèi)，非常小，其中后期徐變量差異最大的時候才2mm左右?？梢哉f，后期徐變量雖然在張拉預(yù)應(yīng)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(yīng)該根據(jù)實際情況進行調(diào)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(fù)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(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)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(jié)構(gòu)的變化，來提高觀測的準確性以及可信度。

5 結(jié)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(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁徐變效應(yīng)，運用常用的混凝土徐變預(yù)測模型找出了影響混凝土連續(xù)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(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋作為例子，探究了預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁后期徐變對大跨度高速鐵路梁橋的重要作用，總結(jié)出了相應(yīng)的規(guī)律，希望能夠給以后類似的工程建設(shè)提供借鑒。

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