高速鐵路某膠拼連續(xù)梁梁端局部應(yīng)力研究

摘要：基于某高速鐵路膠拼連續(xù)梁設(shè)計方案，通過建立有限元模型，研究了梁端局部應(yīng)力的影響與分布。研究表明，梁端局部應(yīng)力受預(yù)應(yīng)力鋼束影響較大，梁端無預(yù)應(yīng)力時，梁端箱梁內(nèi)側(cè)的底、腹板交界的梗腋角點處易出現(xiàn)拉應(yīng)力，在鋼束預(yù)應(yīng)力作用下，該主拉應(yīng)力減小變?yōu)閴簯?yīng)力，而進人洞內(nèi)側(cè)下部易出現(xiàn)主拉應(yīng)力。在一定距離范圍內(nèi)，支座距梁端縱向位置不同對梁端局部應(yīng)力的影響較小。除應(yīng)力集中區(qū)域外，該膠拼連續(xù)梁梁端部位的主拉應(yīng)力、主壓應(yīng)力均在規(guī)范要求范圍內(nèi)。

關(guān)鍵詞：膠拼連續(xù)梁;有限元;梁端局部應(yīng)力;預(yù)應(yīng)力鋼束

0???? 概述

節(jié)段預(yù)制拼裝梁，顧名思義，是一種裝配式橋梁，是通過將一孔混凝土梁縱向分成若干段，先預(yù)制節(jié)段，然后用環(huán)氧樹脂膠將節(jié)段連接在一起，借助預(yù)應(yīng)力作用于混凝土節(jié)段上的壓力，使各節(jié)段形成整體結(jié)構(gòu)。

在鐵路建設(shè)中，同連續(xù)梁支架現(xiàn)澆和掛籃懸臂澆注等傳統(tǒng)工法相比，節(jié)段預(yù)制膠拼技術(shù)縮短施工工期;梁體節(jié)段養(yǎng)護時間長，成橋后梁體徐變和應(yīng)力損失小，便于控制整體線型;降低能耗，利于環(huán)保，是橋梁綠色施工的代表[1]。目前國內(nèi)高速鐵路中應(yīng)用膠拼法的混凝土連續(xù)梁實例較少，本文對某項目高速鐵路3×60m等高膠拼連續(xù)梁進行設(shè)計，該梁在梁端部的結(jié)構(gòu)構(gòu)造及支座位置同常規(guī)梁不同，基于此，本文對該梁梁端應(yīng)力分布進行分析[2，3]。

該梁體采用C55混凝土，跨度為3×60m，梁高為4.52m，等高，共40個節(jié)段，梁體為單箱單室結(jié)構(gòu)，腹板為斜腹板，梁底寬5.6m，頂寬12.6m。節(jié)段長度取3.3～4.6m。采用平衡懸臂拼裝法施工。

1???? 梁端局部模型

梁端截面和鋼束布置方案，如圖1 所示。其中，梁端頂板束規(guī)格為19-7Φ5，腹板束規(guī)格為19-7Φ5，底板束規(guī)格為22-7Φ5。荷載考慮自重、二期恒載、列車ZK特種荷載，將預(yù)應(yīng)力鋼束梁端錨固力轉(zhuǎn)化為錨槽面荷載。

與常規(guī)梁梁端不同，梁端構(gòu)造頂板兩側(cè)沿頂板邊緣設(shè)有懸臂，底板槽口兩側(cè)設(shè)有加靴，避免梁端轉(zhuǎn)角過大，保證梁剛度，同時底板凹槽方便檢查維護時人員通行。

2???? 無預(yù)應(yīng)力鋼束梁端局部應(yīng)力分析

為研究支座到梁端的距離對梁端局部應(yīng)力的影響，分別建立支座距梁端距離為75cm、85cm、95cm的三個模型，并考慮梁端無預(yù)應(yīng)力及有預(yù)應(yīng)力兩種情況，基于Midas FEA有限元軟件對梁端建立實體單元模型，網(wǎng)格尺寸0.15m，選取梁端8 個控制點位置提取應(yīng)力數(shù)據(jù)，進行分析，控制點位置如下：

（控制點1：加靴中部;控制點2：加靴與梁端交界處;控制點3：支座上方;控制點4：加靴與腹板開槽交界處;控制點5：腹板下部開槽附近;控制點6：梁端進入洞下梗脅處;控制點7：梁端內(nèi)側(cè)腹板底板梗脅交界處;控制點8：梁端內(nèi)側(cè)進入洞下梗脅處）

在無預(yù)應(yīng)力荷載下，梁端中各控制點的主拉應(yīng)力、主壓應(yīng)力的數(shù)值見表1：

以上圖表表明，在梁端無預(yù)應(yīng)力荷載時：

（1）???? 模型一、模型二、模型三的主拉應(yīng)力與主壓應(yīng)力分布基本相同，控制點的應(yīng)力數(shù)值相差不大。其中，主拉應(yīng)力最大點為控制點7 附近，為 4.37～4.50MPa，位置為箱梁內(nèi)側(cè)的底、腹板交界的梗腋角點處，三個模型主拉應(yīng)力最大值相差在0.1MPa左右，控制點的主壓應(yīng)力數(shù)值均很小，在-6MPa以內(nèi)，可見，支座縱向左右移動10cm對梁端處的混凝土受力影響較小。

（2）???? 各控制點中，加靴中心（控制點1）、支座上方的腹板下部（控制點3）和進人洞內(nèi)側(cè)下部（控制點8）的主拉應(yīng)力在0.8～1.7MPa左右，其中隨著支座中心往梁跨中心的移動，主拉應(yīng)力數(shù)值減小，但變化不大;其余各點的主拉應(yīng)力較小。

3???? 有預(yù)應(yīng)力鋼束梁端局部應(yīng)力分析

將預(yù)應(yīng)力鋼束梁端錨固力轉(zhuǎn)化為錨槽面荷載，建立模型，應(yīng)力分布如下：

在有預(yù)應(yīng)力荷載下，梁端中各控制點的主拉應(yīng)力、主壓應(yīng)力的數(shù)值見表2：

以上圖表表明，在梁端有預(yù)應(yīng)力荷載時：

（1）???? 模型一、模型二、模型三的主拉應(yīng)力與主壓應(yīng)力分布基本相同，控制點的應(yīng)力數(shù)值相差不大。其中，主拉應(yīng)力最大點為控制點2 附近，此處由于錨槽錨固荷載的直接作用，導(dǎo)致出現(xiàn)較大拉應(yīng)力，但分布范圍不大，不影響結(jié)構(gòu)安全，其余控制點中，控制點1（加靴中心）處的主拉應(yīng)力為3.0～3.5MPa左右，值得注意的是，在預(yù)應(yīng)力錨固力的作用下，箱梁內(nèi)側(cè)的底、腹板交界的梗腋角點處（控制點7 附近）的主拉應(yīng)力減小，變?yōu)樨撝担?-1MPa以內(nèi)，進人洞內(nèi)側(cè)下部（控制點8）的主拉應(yīng)力增大為2.0～2.5MPa左右，支座上方的外側(cè)腹板上的主拉應(yīng)力數(shù)值在1.5MPa以內(nèi)，均在規(guī)范容許的范圍內(nèi)[4，5]。

（2）???? 各控制點中的主壓應(yīng)力較小，在-10.0MPa以內(nèi)。

4結(jié)論

綜上所述，膠拼連續(xù)梁梁端梁端局部應(yīng)力受預(yù)應(yīng)力體系布置的影響較大，而一定范圍內(nèi)對梁端邊支座縱向移動10cm因素不敏感，受力影響較小對梁端處的混凝土受力影響較小;在預(yù)應(yīng)力作用下，錨槽附近主拉及主壓應(yīng)力較大，容易造成混凝土開裂，應(yīng)加強配筋措施;除梁端預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)及應(yīng)力集中區(qū)域外，其余部位的主拉應(yīng)力和主壓應(yīng)力在規(guī)范要求范圍以內(nèi)。

參考文獻：

[1]張立青.鐵路節(jié)段預(yù)制膠接拼裝法建造橋梁技術(shù)與應(yīng)用[J].鐵道建筑技術(shù)，2015（1）：8-11.

[2][1]趙磊，邵銘.哈大客運專線56m簡支箱梁預(yù)應(yīng)力鋼束布置及梁端應(yīng)力分析[J].鐵道標準設(shè)計，2012（02）：70-73.

[3]?? 肖飛.大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁的梁端應(yīng)力分析[J].鐵道標準設(shè)計，2004（08）：78-80.

[4]?? 國家鐵路局.TB10092-2017鐵路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2017.

[5]?? 國家鐵路局.TB10621-2014高速鐵路設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2015.

作者簡介：

王永標（1993-），男，山東鄆城人，助理工程師，從事橋梁設(shè)計工作。