張順義

0 引言

由收縮徐變和預應力損失引起的變形即后期變形較大，是影響軌道平順性和列車平穩(wěn)性的一個重要因素。尤其對橋上無砟軌道結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整軌道扣件難以保持軌道的平順性。

1 工程簡介

某大跨度預應力混凝土連續(xù)梁橋，采用無砟軌道，橋跨布置為(108+2×185+115)m，見圖 1。主梁采用掛籃對稱懸臂澆筑施工。

2 常用規(guī)范徐變系數(shù)分析和徐變效應計算方法

2.1 各種規(guī)范徐變系數(shù)比較分析

工程應用當中，常采用徐變系數(shù) φ(t，τ)描述徐變變化規(guī)律，徐變系數(shù)是徐變應變和彈性應變的比值，中國和歐洲規(guī)范都以混凝土齡期28 d時的彈性應變?yōu)榛鶞识x徐變系數(shù)，即:

現(xiàn)行中鐵規(guī)范徐變系數(shù)計算見式(1)，中交規(guī)范徐變系數(shù)計算見式(2)，根據(jù)以上幾種規(guī)范中徐變系數(shù)公式計算所得結(jié)果見圖2。

2.2 徐變變形計算方法

目前主要徐變計算理論有有效模量法、老化理論(徐變率法)、彈性徐變理論(疊加法)、彈性老化理論(流變率法)、繼效流動理論等，在實際結(jié)構(gòu)分析中采用較多的是擴展Disch-inger法、中值系數(shù)法、齡期調(diào)整有效模量法、分時步徐變疊加法(SSM法)等，這些方法均有徐變與應力關(guān)系是線性的、服從鮑爾茨曼(L.Bol-tzman)疊加原理兩方面的假定?？瓦\專線大跨度梁橋通常采用全預應力結(jié)構(gòu)，可不考慮梁體進入塑性變形時的徐變效應，此外，試驗研究表明，當混凝土應力 σc＜(0.4～0.5)fc后時，徐變行為基本上在線彈性范圍內(nèi)。高速客運專線軌道梁在壽命周期內(nèi)能滿足，對其徐變變形的分析基本上采用線性徐變理論，均能滿足其兩方面的假定要求，其計算精度可以滿足實際工程要求。Bazant推薦采用基于疊加原理的SSM法，該法的實際應用較為廣泛，在遞增荷載作用下精度較高，卸載時可通過計算時段的細分來保證計算精度，并且適用于任何荷載歷史和強迫位移。對于本文中大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，一般采用分段懸臂澆筑的施工方法，在施工過程中，由于現(xiàn)澆梁段與已澆梁段之間存在齡期差，以及合龍時體系轉(zhuǎn)換的問題，收縮徐變引起的結(jié)構(gòu)變形受到多余約束，從而在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生次內(nèi)力。因此，本文借助于采用SSM法進行計算的有限元分析軟件Midas/Civil對大橋進行后期變形分析。

3 大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋后期變形計算分析

3.1 有限元模擬

本文采用大型有限元軟件包Midas分別按照中鐵規(guī)范和中交規(guī)范兩種規(guī)范對大橋進行后期變形分析計算。主梁和橋墩均采用梁單元模擬，兩個雙臂墩和中墩上方處的0號塊分別劃為14個單元，其余22塊梁段劃為1個單元，邊跨合龍段分別劃為 2個單元，中跨合龍段分別劃為4個單元，橋墩共劃為35個單元，全橋共采用了231個梁單元。按照橋梁實際結(jié)構(gòu)和施工方案逐步逐階段進行模擬，模擬過程共分為25個階段，第1階段為模擬0號塊施工(包括混凝土澆筑、掛籃操作、相應的預應力張拉等)，第2階段～第22階段分別為模擬1號～21號塊施工，第23階段是模擬兩邊跨合龍，第24階段是模擬兩中跨合龍，第25階段是模擬二期恒載的加載。計算時間從施工開始到竣工再到收縮徐變完成，劃分為若干階段，每一階段劃分為若干時間間隔，以施工階段的起訖時間、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的時間、加載或卸載的時刻，作為各階段與時間間隔的分界點，大橋梁段分22塊施工，0號塊施工持續(xù)時間為15 d，其他21塊施工持續(xù)時間為10 d，合龍段施工持續(xù)時間為20 d，合龍半年后鋪軌。計算過程考慮實際施工中的每一步施工過程和施工工藝，如安裝掛籃、混凝土的養(yǎng)護和張拉預應力的時間等，在合龍時還需考慮結(jié)構(gòu)的體系轉(zhuǎn)換。最大懸臂階段和成橋有限元模型見圖3，圖4。

3.2 計算結(jié)果及分析

本文以鋪軌時橋梁的變形為基準，分別按照中鐵和中交兩種規(guī)范對大橋鋪軌0.5年、1年、2年、3年、4年、5年、9年和20年后橋梁的后期變形進行了計算，并對兩種規(guī)范計算結(jié)果進行了對比分析。

計算結(jié)果表明:1)按照兩種規(guī)范計算所得橋梁后期變形變化規(guī)律相同，鋪軌后隨著時間的推移，大橋的上拱和下?lián)喜粩嘣龃螅佨壓笄皫啄陿蛄壕€形隨時間變化較快，后幾年隨時間變化逐漸減慢。2)按中鐵規(guī)范計算所得的大橋上拱及下?lián)暇^按中交規(guī)范計算所得的大。

4 結(jié)語

1)較大跨度橋梁的徐變變形較為復雜，徐變系數(shù)如何正確取值對大橋后期變形影響較大。2)按中鐵規(guī)范計算所得橋梁的后期變形較按中交規(guī)范計算所得的大得多，應對現(xiàn)有橋梁進行實際觀測，對兩種規(guī)范計算預測結(jié)果進行修正，為準確預測橋梁后期變形提供依據(jù)。3)應分析橋梁后期變形原理和影響后期變形的因素，并研究如何控制預應力混凝土橋梁的后期徐變變形。4)對于大跨度預應力混凝土橋梁，設(shè)計階段應考慮橋梁的后期變形超限的可能性，增設(shè)一些體外預應力并將其布置于合理有效的位置等措施，以便調(diào)整橋梁后期過大的上拱或下?lián)稀?/p>

[1] 張烈霞.混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋墩梁固結(jié)處的應力分析[J].山西建筑，2008，34(5):336-337.