熊志朋 陳 瑛 黃福偉

(1.江西省交通運輸科學研究院有限公司 南昌 330200； 2.招商局重慶交通科研設計院有限公司 重慶 400067)

連續(xù)剛構橋在運營過程中主跨跨中下?lián)衔灰埔恢痹龃骩1]，將直接影響橋梁的使用壽命、行車的平順舒適，甚至可能危及高速行車的安全。根據(jù)以往資料研究和專家探討，引起跨中下?lián)系淖钪饕囊蛩刂皇腔炷潦湛s徐變。正確地分析混凝土收縮徐變的影響，對混凝土的收縮徐變的準確預測并提供準確的收縮徐變值是工程研究人員的重大課題。

國內(nèi)外學者對大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構橋的混凝土收縮和徐變開展了大量試驗和理論的研究[2-3]，取得了豐碩的成果。但是，由于受到混凝土材料、橋梁結構及受力、橋位環(huán)境等影響，研究結論存在較大差異。因此，有必要進一步開展針對不同環(huán)境、不同原材料的大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構橋混凝土收縮和徐變的研究，以更好地指導具體橋梁的設計、施工和管養(yǎng)。

1 工程概述

圖1 大橋總體布置圖(單位：cm)

2 縮尺模型試驗設計

結構模型試驗[4]是以相似理論為依據(jù)，使模型與真型的全部或者部分特征相似，然后通過模型的試驗結果反算出真型結構對應的結果。

蘇聯(lián)基爾皮契夫院士與古赫曼院士在1930年提出了相似第三定律，即物體幾何相似、相似判據(jù)相等，以及邊界條件、運動初始條件相似都需得到滿足。

2.1 模型尺寸與制作

2.1.1模型尺寸設計

由于試驗場地的限制等，遵循模型試驗的相似理論(即模型和實橋幾何尺寸相似，模型和實橋對應的跨中截面剛度相似)，選用幾何縮尺比1∶40制作2個試驗模型。

模型1：三跨連續(xù)剛構模型。

模型2：簡支梁模型。

通過計算和分析，綜合考慮選用等截面實心矩形梁，并確定截面尺寸為300 mm×300 mm，并在截面中心張拉預應力，使試驗梁成為軸心受壓預應力構件。

模型的結構尺寸圖見圖2。

因實際地質(zhì)條件與設計相差較大，壩體中碎石夾層較厚，且原壩體曾進行過黏土灌漿，破壞了壩體土的結構，致使本項目施工中普遍存在槽口坍塌現(xiàn)象。對此，采取了設鋼管密集樁、加深導向槽、改善泥漿固壁效果（加膨潤土）等施工方法。對坍塌嚴重的4個槽孔，為保證施工機械、人員及大壩壩體的安全，進行了黏土回填重新造孔。

圖2 模型結構尺寸(單位：cm)

2.1.2縮尺模型施工工序

模型1。加載按照實際橋梁的類似的施工步驟進行，先基礎施工，然后橋墩和零號塊施工、節(jié)段施工，最后完成邊跨合龍與中跨合龍，模型橋成橋后對鋼束進行一次張拉。采用滿布支架的現(xiàn)澆法，分4次澆筑混凝土，每次施工間隔7 d。試驗梁全橋施工完成，并養(yǎng)護7 d后拆模，在拆模后的第14 d開始對實驗梁穿預應力束，并安裝鋼弦式荷載傳感器以便測量預應力損失值，張拉預應力后的第2 d對預應力管道灌漿。

模型2。制作過程由基礎施工、橋墩施工和簡支梁現(xiàn)澆等部分組成。采用滿布支架的現(xiàn)澆法，分3次澆筑混凝土，每次施工間隔7 d。張拉與灌漿同模型1。

2.2 縮尺模型試驗荷載

2.2.1試驗加載

根據(jù)等效原則，對模型關鍵截面的內(nèi)力進行等效計算。即在跨中施加了2個間距1 m的集中荷載來反算縮尺模型試驗值。經(jīng)過計算得出，模型1施加荷載為23.0 kN，模型2施加荷載為7.4 kN。縮尺模型現(xiàn)場加載圖見圖3。

圖3 模型加載

2.2.2測點布置

對模型1在中跨跨中、橋墩的支點的上緣和下緣布置應變測點，在橋墩、邊跨1/2、中跨1/4和1/2處布置撓度測點，測點布置圖見圖4。

圖4 模型1測點布置圖

對模型2在跨中的上緣和下緣布置應變測點，在橋墩處，1/4處、1/2處布置撓度測點，測點布置圖見圖5。

圖5 模型2測點布置圖

3 徐變系數(shù)

混凝土的徐變是構件施加荷載保持恒定的情況下，徐變變形隨時間增加的表征，通常徐變是由徐變系數(shù)[5]來表示的，徐變變形在工程中多用應變、位移來表征。

即徐變系數(shù)

(1)

式中：φ(t,τ)為在時間τ施加不變荷載作用至時間t的徐變系數(shù)；fτ為初始彈性位移(應變)；ft為加載到t時的徐變位移(應變)；f為總位移(應變)，即每次的實測位移(應變)值。

4 縮尺模型試驗結果與分析

4.1 試驗結果

限于篇幅，未列出全部試驗數(shù)據(jù)，現(xiàn)場環(huán)境平均相對濕度為71%，溫度為23 ℃，縮尺模型理論厚度為150 mm，體表比V/S=75 mm。各縮尺模型部分實測跨中位移值(扣除剛體位移的變形，不考慮尺寸效應)見表1。

表1 各縮尺模型實測跨中位移

4.2 試驗結果分析

由于實測的跨中位移是綜合效應一起引起的位移，由徐變系數(shù)的定義可知，排除收縮和鋼束等影響，分離出徐變引起的跨中位移，然而在實際工程試驗中很難分離計算，故近似采用實測位移減去JTG 3362-2018規(guī)范[6]預測模型計算的收縮和鋼束引起的跨中位移，得到徐變引起的位移，由式(1)計算實測的徐變系數(shù)。

由表1可見，模型1、2在前2個月跨中位移增長較快，在后期就逐漸緩慢增長，在加載的第250 d(徐變完成81.5%)，模型1跨中位移為1.558 mm，模型2跨中位移為-0.874 mm。

圖6為模型1實測徐變系數(shù)與各預測模型的徐變系數(shù)對比結果。

圖6 模型1與各預測模型徐變系數(shù)對比

由圖6可見，JTG 3362-2018規(guī)范的計算徐變系數(shù)和模型1實測的徐變系數(shù)較吻合，JTJ 023-85規(guī)范和ACI 209規(guī)范計算值均比實測徐變系數(shù)大，在加載的第250 d，實測的徐變系數(shù)為1.47，JTG 3362-2018規(guī)范、JTJ 023-85規(guī)范和ACI 209規(guī)范的徐變系數(shù)分別為1.45，1.90和1.54，比實測徐變系數(shù)偏差-0.1%，29%和5%。

由于模型2是靜定結構，在理論計算中，收縮和鋼束不引起跨中下?lián)希瑒t實測的跨中位移這個綜合效應可以近似地看作是徐變引起的跨中位移。圖7為模型2實測徐變系數(shù)與各預測模型的徐變系數(shù)的對比圖。

圖7 模型2與預測模型徐變系數(shù)對比

由圖7可見，3個預測模型的徐變系數(shù)均大于實測徐變系數(shù)，在增長前期均較吻合，在后期JTG 3362-2018規(guī)范和ACI 209規(guī)范的計算徐變系數(shù)和實測的徐變系數(shù)比較接近，JTJ 023-85規(guī)范比實測徐變系數(shù)大，在加載的第250 d，實測的徐變系數(shù)為1.24，JTG 3362-2018規(guī)范、JTJ 023-85規(guī)范和ACI 209規(guī)范的徐變系數(shù)分別為1.32，1.49和1.32，比實測徐變系數(shù)偏大6.5%，20.1%和6.5%。

5 結語

通過在實橋環(huán)境下建立2種不同結構形式的縮尺模型橋，分析實測收縮徐變引起的跨中位移，建立有限元模型，將各種收縮徐變預測模型的計算結果與實測結果進行對比分析，結論如下。

1) 三跨連續(xù)剛構模型中跨跨中位移實測值與采用JTG 3362-2018規(guī)范的計算結果吻合很好，在加載后第250 d(徐變完成81.5%)，模型計算值與實測收縮徐變系數(shù)相對偏差僅為0.1%。

2) 簡支梁模型中跨跨中位移實測值與采用JTG 3362-2018規(guī)范的計算結果吻合一般，在加載后第250 d(徐變完成81.5%)，模型計算值比實測收縮徐變系數(shù)偏大6.5%。