張 帥

（中鐵二十局集團(tuán)第四工程有限公司 山東 青島 266061）

徐變對預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁的變形影響分析

張 帥

（中鐵二十局集團(tuán)第四工程有限公司 山東 青島 266061）

針對高速鐵路中某一整體簡支箱梁，采用Midas/Civil有限元結(jié)構(gòu)分析軟件建模分析，分析箱梁的徐變對梁體變形的影響，并探索分析施工中可能遇見的一些情況對徐變的影響，為同類橋梁的施工和設(shè)計(jì)提供一定的參考。

簡支箱梁；收縮徐變；梁單元

引言

近十年來，中國鐵路遇到了鐵路建設(shè)的黃金機(jī)遇期，前所未有的大規(guī)模鐵路建設(shè)在中國大地全面展開。鐵路不但要滿足運(yùn)輸?shù)男枰€要滿足橋上高速列車的安全性、平穩(wěn)性和旅客乘坐的舒適性，軌道結(jié)構(gòu)對預(yù)應(yīng)力混凝土梁結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力損失、徐變上拱度以及橋梁基礎(chǔ)的工后沉降，提出了更加嚴(yán)格的要求。本文針對施工中由于特殊情況不能按照設(shè)計(jì)要求施工的情況對梁體的徐變進(jìn)行有限元分析，以探索其對梁體徐變的影響。

1　工程概況

以石武客運(yùn)專線20m整體簡支箱梁為研究對象，分析研究在施工中由于特殊情況不能按照設(shè)計(jì)要求施工的情況對梁體徐變的影響。

（1）建筑材料及其參數(shù)

預(yù)應(yīng)力混凝土采用C50混凝土，彈性模量Ec=3.45MPa，泊松比vc=0.2，軸心抗壓強(qiáng)度fc=34.5MPa，軸心抗拉強(qiáng)度fct=3.3MPa，容重γ=25.0kN/m3。其28d齡期混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為50，環(huán)境年平均相對濕度為70%，水泥種類系數(shù)為5，收縮開始時(shí)的齡期為3d，其他的收縮、徐變以及混凝土的強(qiáng)度隨時(shí)間變化的相關(guān)取值按照規(guī)范取值。

預(yù)應(yīng)力筋采用標(biāo)準(zhǔn)型高強(qiáng)度Ⅱ級低松弛鋼絞線，強(qiáng)度級別fpk=1860MPa，公稱直徑為15.2mm，公稱面積為140mm2，彈性模量為Ep=195GPa，容重為γp=78.5kN/m3，鋼筋松弛系數(shù)取0.3，預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道壁的摩擦系數(shù)取μ=0.55，管道每米局部偏差對摩擦的影響系數(shù)為k=0.0015，錨具變形、鋼筋回縮以及接縫壓縮值取兩端各為0.006mm，錨具采用AM系列錨具，張拉體系采YCM250，YDC200型千斤頂。縱向預(yù)應(yīng)力管道由80mm波紋管成型。預(yù)應(yīng)力張拉采用應(yīng)力、應(yīng)變雙重控制。

（2）梁體構(gòu)造及主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

本橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁體系，每跨20m，只考慮梁體自重、二期恒載及預(yù)應(yīng)力，二期恒載取150kN/m，由于梁采用裝配式，所以在此不考慮施工荷載。

2　有限元模型的建立

在箱形梁計(jì)算中采用的數(shù)值模擬方法一般有幾種：有限元法，有限條法，有限差分法，有限段剛度法。其中有限元法以其適用性強(qiáng)的特點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用。橋梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型按照采用的單元不同可分為實(shí)體模型、梁單元模型、板殼單元模型。采用實(shí)體單元，雖然精確高，但是計(jì)算工作量大，消耗的資源過多，不經(jīng)濟(jì)。而梁單元模型，計(jì)算結(jié)果一般都能滿足工程精度要求，工作量相對來說較少，所以本文用MIDAS/CIVILE軟件，采用梁單元對預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁進(jìn)行模擬（圖1），全梁單元數(shù)為48個(gè)、節(jié)點(diǎn)數(shù)為49個(gè)，預(yù)應(yīng)力鋼筋22根，分為32個(gè)施工階段。本次建模采用變截面的PC箱梁，邊界條件為一般支承兩端簡支。計(jì)算中只考慮梁的自重、二期恒載和預(yù)應(yīng)力。

圖1　箱梁的有限元模型

3　計(jì)算結(jié)果分析

理論計(jì)算跨中豎向變形與實(shí)測值列于表1，并把結(jié)果繪于圖2。

表1　跨中豎向變形理論值與實(shí)測值比較（單位：mm）

圖2　理論計(jì)算上拱度和實(shí)測跨中豎向變形比較

由以上結(jié)果可以看出，理論計(jì)算跨中豎向變形的變化趨勢基本和實(shí)測值大致一致，但實(shí)測值表現(xiàn)出較大的波動性，這表明在實(shí)際施工中影響橋梁跨中豎向變形的因素隨時(shí)間的變化有著不確定性，所以在工程實(shí)際當(dāng)中有必要以理論值為參考，并且以實(shí)測值為校準(zhǔn)。根據(jù)規(guī)范計(jì)算出來的跨中豎向變形基本都比實(shí)測值大，在持荷時(shí)間達(dá)到450d的時(shí)候，二者的差值是1.3mm，其差值達(dá)到實(shí)測值的15.3%，說明理論計(jì)算要取得精確的預(yù)應(yīng)力損失結(jié)果是很困難的，在工程施工過程中需要作好損失值的實(shí)測試驗(yàn)工作。

4　初次加載齡期對徐變的影響

就當(dāng)前施工中有可能因?yàn)樘厥馇闆r不能按照設(shè)計(jì)進(jìn)行張拉施工的情況，考慮初次加載齡期對徐變的影響。分別就以下五種初次加載齡期分析：

（1）3d加載齡期；

（2）7d加載齡期；

（3）14d加載齡期；

（4）28d加載齡期；

（5）45d加載齡期。

計(jì)算結(jié)果如表2和圖3。

表2　不同初次加載齡期下的徐變（單位：mm）

圖3　不同初次加載齡期徐變比較

以28d加載齡期為基準(zhǔn)，45d加載齡期下產(chǎn)生的跨中徐變是它的0.94倍，14d加載齡期下產(chǎn)生的跨中徐變是它的1.224倍，7d加載齡期下產(chǎn)生的跨中徐變是它的1.401倍，3d加載齡期下產(chǎn)生的跨中徐變是它的1.545倍?？梢钥闯龀醮渭虞d齡期對徐變的影響比較大，當(dāng)加載齡期增加，徐變減小。

5　二恒的加載齡期對徐變的影響

針對施工當(dāng)中有可能不能按照設(shè)計(jì)加載二恒的情況，考慮二恒的加載齡期對橋梁徐變的影響。把二恒的加載齡期假設(shè)為90d、180d、270d和360d，計(jì)算的結(jié)果如圖4和表3。

以二恒的加載齡期為270d為基準(zhǔn)，加載齡期90d時(shí)三年后的徐變引起的跨中豎向變形相對減小7.7%，加載齡期180d時(shí)三年后的徐變引起的跨中豎向變形相對減小2.7%，加載齡期360d時(shí)三年后的徐變引起的跨中豎向變形相對增加1.3%。隨著二恒的加載齡期的增大，跨中上拱增大，徐變引起的上拱也在增大，其增量主要是徐變引起的。由此可見，二恒的加載齡期對徐變有一定的影響。

圖4　不同二恒的加載齡期下的跨中徐變

表3　三年后二恒的載加載齡期對跨中徐變的影響

6　結(jié)論

（1）通過對混凝土徐變的長期數(shù)值分析，現(xiàn)場的實(shí)測變形與理論計(jì)算值之間也存在一定的差異，但其結(jié)果比較接近，因此可用現(xiàn)行規(guī)范來預(yù)測徐變。

（2）持荷時(shí)間對徐變的影響表現(xiàn)為：隨著持荷時(shí)間的增長徐變將逐漸發(fā)展，但徐變變化的速率慢慢減小，前3年時(shí)間內(nèi)的徐變占到10年總的徐變的78.2%，說明徐變主要發(fā)生在成梁后的前3年內(nèi)。

（3）初次加載齡期和二恒加載齡期對徐變都有影響，當(dāng)初次加載齡期的越晚，徐變越?。划?dāng)二期恒載加載齡期延遲，徐變將增大。

（4）在設(shè)計(jì)和施工過程中采取措施減少徐變變形，這對控制箱梁的上拱度很有必要。

U448.213

A

1673-0038（2015）18-0200-02

2015-4-10

張帥（1986-），男，助理工程師，本科，主要從事鐵路橋梁、隧道技術(shù)管理工作。