無(wú)碴軌道預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁徐變變形控制方法研究

1、無(wú)碴軌道預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁徐變變形控制方法研究?橋梁?無(wú)碴軌道預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁徐變變形控制方法研究葉梅新,錢(qián)淼,劉杰(中南大學(xué)土木建筑學(xué)院,長(zhǎng)沙410075)摘要:根據(jù)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁實(shí)例的徐變?cè)囼?yàn),選取合理的徐變系數(shù),并按照無(wú)碴軌道橋梁徐變變形控制的要求,從設(shè)計(jì),施工等方面研究后期徐變變形的控制方法,分析對(duì)比每種方法,將每種方法有效地結(jié)合起來(lái)控制預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁后期變形.關(guān)鍵詞:無(wú)碴軌道;收縮徐變;變形控制;預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁中圖分類(lèi)號(hào):u448.35文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:a文章編號(hào):10042954(2009)020092031概述由于收縮徐變和預(yù)應(yīng)力損失,預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁鋪軌后的變形即后期變形比較大.

2、后期變形對(duì)無(wú)碴軌道的平順性和列車(chē)的平穩(wěn)性影響比較大,對(duì)于橋上無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)而言,由于沒(méi)有道碴來(lái)調(diào)節(jié)軌道的高程,無(wú)碴軌道的后期變形只能通過(guò)扣件進(jìn)行調(diào)整以恢復(fù)其正常的軌道幾何形狀.由于扣件的可調(diào)節(jié)量非常有限,因此要保證軌道的平順性,就必須解決軌道鋪設(shè)后混凝土橋梁的后期變形問(wèn)題.所以對(duì)無(wú)碴軌道后期變形的控制方法研究有著重要的意義.1號(hào)墩2號(hào)墩3號(hào)墩4號(hào)墩5號(hào)墩?qǐng)D1主橋立面布置(單位:cm)圖2后張預(yù)應(yīng)力束mb1mb6立面布置(單位:m)截面由心線圖31/2截面鋼索mb1一mb6布置圖4體外束ty1,ty2立面布置2橋梁分析實(shí)例3徐變系數(shù)取值分析實(shí)例為廣珠城際線上的一座預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋,采用掛籃對(duì)

3、稱懸臂澆筑施工,主梁截面采用單箱單室直腹板變截面,橋面鋪裝無(wú)碴軌道.橋跨布置由廣州向至珠海向?yàn)?108+2185+115)m,分別為左邊跨,左中跨,右中跨,右邊跨四跨,1號(hào),2號(hào),3號(hào),4號(hào),5號(hào)五個(gè)橋墩,橋跨具體布置見(jiàn)圖1.為了控制后期變形,此橋設(shè)計(jì)了體內(nèi)后張預(yù)應(yīng)力束和體外預(yù)應(yīng)束,如圖2圖4所示.橋梁后期變形分析采用有限元軟件模擬施工直到成橋后20年的變形情況.收稿日期:20080811作者簡(jiǎn)介:葉梅新(1946一),女,教授.減少了對(duì)既有線的運(yùn)營(yíng)干擾,而且有效地降低了工程造價(jià),減少?gòu)U棄工程,縮短了工期,為京廣線提速工程解決了一項(xiàng)重大難題.參考文獻(xiàn):1tb10002.1-2005,鐵路橋涵設(shè)

4、計(jì)基本規(guī)范s.關(guān)于徐變系數(shù)的取值,目前國(guó)內(nèi)外的規(guī)范主要有ceb/fip(1978),ceb/fip(1990),鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(tb1002.3-99),鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(tb10002.32o05),公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(jtg023-85)和公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(j1rgd622004)等.其中tb10002.399,tb10002.32o05和jtg023-85的徐變計(jì)算公式完全一樣,它們和ceb/fip(1978)很接近.jtgd62-2004采用新的徐變計(jì)算公式,其計(jì)算結(jié)果和ceb/fi

5、p(1990)很接近.中國(guó)目前采用的最新規(guī)范是tb10002.32005和jtgd622004,其中tb10002.32005延用tb10002.399和2tb10002.52005,鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范s.3tb10002.32o05,鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范s.4北方交通大學(xué)鐵道建筑系隧道教研室.地道橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)m.北京:人民鐵道出版社,1978.92鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)railwaystandarddesign2009(2)葉梅新,錢(qián)淼,劉杰一無(wú)碴軌道預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁徐變變形控制方法研究jtg023-85的計(jì)算方法;jtgd62-2004采用新的計(jì)算公式.為了獲得比較準(zhǔn)確

6、的徐變系數(shù),需要根據(jù)橋梁的混凝土配合比,材料和環(huán)境等做徐變?cè)囼?yàn),采用棱柱體試件測(cè)徐變系數(shù),棱柱體尺寸為100mm100mm400mm,加載齡期為28d,總共做7個(gè)試件,徐變系數(shù)取7個(gè)試件的平均值.在理論厚度,環(huán)境濕度,混凝土強(qiáng)度等級(jí)和加載齡期等相同的情況下,鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(tb10002.32o05),公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(jtgd62-2004)和實(shí)測(cè)的徐變系數(shù)曲線比較如圖5所示.根據(jù)比較,實(shí)測(cè)值與公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(jtgd622004)的徐變系數(shù)曲線更接近,所以后期變形控制分析采用jtgd62-2004中的徐變系數(shù).

7、混凝土齡期,d圖5jtgd62-2004,tb10002.32005規(guī)范和實(shí)測(cè)徐變系數(shù)曲線比較4后期變形控制4.1后期變形控制要求由于無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)可調(diào)量相對(duì)較小,無(wú)碴軌道橋梁徐變變形控制顯得尤為重要,設(shè)計(jì)規(guī)范給出了相關(guān)要求,混凝土橋梁部的徐變變形應(yīng)滿足如下規(guī)定:50m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu),無(wú)碴軌道鋪設(shè)后的徐變上拱度不應(yīng)大于10mm;l>50m時(shí),無(wú)碴軌道鋪設(shè)后的徐變上拱度不應(yīng)大于l/5000,且不得大于20mm.4.2后期變形控制方法本文研究以下3種后期變形控制方法:(1)延長(zhǎng)鋪軌時(shí)間;(2)設(shè)計(jì)體內(nèi)后張預(yù)應(yīng)力束;(3)設(shè)計(jì)體外預(yù)應(yīng)力束.以上措施必須根據(jù)后期變形的線形和大小來(lái)確定具體的方

8、案,比如:鋪軌時(shí)間該延長(zhǎng)多久,預(yù)留哪些和多少后張預(yù)應(yīng)力束,體外預(yù)應(yīng)力束位置怎樣確定等.所以必須得到?jīng)]有采取后期變形控制措施的后期變形情況.橋梁沒(méi)有采取后期變形控制措施的后期變形如圖6所示,鋪軌20年后邊跨上拱27mm,中跨下?lián)?3mm.(1)延長(zhǎng)鋪軌時(shí)間全橋合龍后不馬上鋪軌,而是隔一段時(shí)間再鋪軌,理論上延長(zhǎng)時(shí)間越長(zhǎng),無(wú)碴軌道的后期變形越小,但實(shí)鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)railwaystandarddesign2009(2)暑?橋梁?:蘭圖6沒(méi)有采取后期變形控制措施的無(wú)碴軌道后期變形際上考慮到施工和運(yùn)營(yíng),時(shí)間不可能太長(zhǎng),本橋的鋪軌時(shí)間設(shè)計(jì)在合龍后半年.只采取此措施的后期變形如圖7所示,鋪軌20年后邊跨上拱1

9、3mm,中跨下?lián)?9mm.延長(zhǎng)半年鋪軌使邊跨上拱減小了14mm,中跨下?lián)蠝p小了4mm.暑囂圖7延長(zhǎng)半年鋪軌的后期變形(2)設(shè)計(jì)體內(nèi)后張預(yù)應(yīng)力束體內(nèi)后張預(yù)應(yīng)力束是在鋪完軌道后張拉的預(yù)應(yīng)力鋼束.為了控制無(wú)碴軌道的后期變形,根據(jù)無(wú)碴軌道的后期變形情況,預(yù)留后張預(yù)應(yīng)力束.根據(jù)沒(méi)有采取控制措施的無(wú)碴軌道后期變形(圖6),橋梁中跨跨中的后期變形出現(xiàn)的下?lián)隙缺容^大,所以設(shè)計(jì)預(yù)留中跨箱梁底板的預(yù)應(yīng)力鋼束,編號(hào)為mb1mb6六種鋼束(圖2和圖3),左右中跨每跨每種鋼束4索,每索為217西5,控制張拉應(yīng)力1290mpa.在張拉體內(nèi)后張預(yù)應(yīng)力束前后,必須保證橋梁的剛度和強(qiáng)度滿足要求.體內(nèi)后張預(yù)應(yīng)力束可以根據(jù)后期變形

10、情況進(jìn)行分批張拉,先長(zhǎng)束,再短束.體內(nèi)后張預(yù)應(yīng)力束需要壓漿,施工比較煩瑣,所以最好能夠盡早張拉完.橋梁后張預(yù)應(yīng)力束設(shè)計(jì)在鋪軌后0,3,6月張拉mb6,mb5mb4,mb3mb1.只采取設(shè)計(jì)體內(nèi)后張預(yù)應(yīng)力束控制方法的后期變形如圖8所示,鋪軌20年后邊跨上拱27mm,中跨下?lián)?6mm.因?yàn)楹髲堫A(yù)應(yīng)力束都是中跨的,所以體內(nèi)后張預(yù)應(yīng)力束對(duì)邊跨基本沒(méi)有影響,中跨下?lián)蠝p小了7mm.(3)設(shè)計(jì)體外預(yù)應(yīng)力束體外預(yù)應(yīng)力束是在鋪軌后有選擇性張拉的.在主梁施工時(shí),就要布置好體外預(yù)應(yīng)力束的位置,做好體外預(yù)應(yīng)力束轉(zhuǎn)向塊,增設(shè)橫隔板等.在運(yùn)營(yíng)階段后期變形比較大時(shí),則需要適時(shí)地有選擇性地張拉體外束.93?橋梁?葉梅新,錢(qián)淼

11、,劉杰無(wú)碴軌道預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁徐變變形控制方法研究圖8設(shè)計(jì)體內(nèi)后張預(yù)應(yīng)力束的后期變形根據(jù)理論計(jì)算的無(wú)碴軌道后期變形結(jié)果,設(shè)計(jì)體外預(yù)應(yīng)力束的位置和數(shù)量,但必須保證橋梁強(qiáng)度滿足要求.根據(jù)沒(méi)有采取后期變形控制方法的無(wú)碴軌道后期變形(圖5),橋梁在邊跨和中跨都布置了體外束,每個(gè)邊跨對(duì)稱布置了4索編號(hào)為ty1的體外束,目的是減小邊跨上拱,每個(gè)中跨對(duì)稱布置了4索編號(hào)為ty2的體外束,目的是減小中跨下?lián)?體外預(yù)應(yīng)力束每索為l97+5,控制張拉應(yīng)力930mpa.設(shè)計(jì)在鋪軌后1,2,5年張拉4根ty1,2根ty2,2根ty2.只采取控制措施設(shè)計(jì)體外預(yù)應(yīng)力束的后期變形(圖9),鋪軌20年后邊跨上拱26mm,中跨下

12、撓38mm.設(shè)計(jì)體外預(yù)應(yīng)力束使邊跨上拱減小了1mm,中跨下?lián)蠝p小了5mm.j頂橋向坐標(biāo)/m圖9只采取措施設(shè)計(jì)體外預(yù)應(yīng)力束的后期變形(4)綜合采用3種控制方法在施工條件允許下,以滿足橋梁的強(qiáng)度要求為前提,將以上3種控制方法有效的結(jié)合起來(lái)使用,后期變形可以得到比較好的控制.綜合采用3種控制方法的后期變形如圖10所示,鋪軌2o年后邊跨上拱12mm,滿足規(guī)范要求中跨下?lián)?5mm,略超規(guī)范允許值.綜合采用3種控制方法使邊跨上拱減小了15mm,中跨下?lián)蠝p小了18mm.94昌g順橋向坐標(biāo),m圖10綜合采用3種控制方法的后期變形4.3方法比較分析延長(zhǎng)鋪軌時(shí)間是種很有效的方法,不管后期變形是上拱還是下?lián)?都能夠

13、減小后期變形,延長(zhǎng)的時(shí)間越長(zhǎng)后期變形減小的越多.延長(zhǎng)鋪軌時(shí)間必定會(huì)影響鐵路的運(yùn)營(yíng)時(shí)間,所以要選擇一個(gè)合理的鋪軌時(shí)間.體內(nèi)后張預(yù)應(yīng)力束和體外預(yù)應(yīng)力束在一定程度上能控制后期變形,但必須根據(jù)后期變形的線形設(shè)計(jì),所以這對(duì)后期變形的計(jì)算要求比較準(zhǔn)確,最起碼要判斷出是上拱還是下?lián)系?由于中跨撓度關(guān)于跨中不對(duì)稱,最大撓度不在跨中,偏向邊跨2,4號(hào)橋墩,而后張預(yù)應(yīng)力束關(guān)于跨中對(duì)稱,張拉后預(yù)應(yīng)力束雖然減小了中跨的下?lián)?但同時(shí)也使得中跨在離3號(hào)墩80m左右的地方后期變形撓度曲線出現(xiàn)了上凸.所以后張預(yù)應(yīng)力束和體外預(yù)應(yīng)力束的布置位置很重要.各種控制方法比較見(jiàn)表1.表1各種控制方法在鋪軌20年后后期變形比較mm控制方法

14、邊跨上拱中跨下?lián)蠝p小邊跨上拱詈賽無(wú)措施27延長(zhǎng)鋪軌時(shí)間13設(shè)計(jì)體內(nèi)后張預(yù)應(yīng)力束27設(shè)計(jì)體外預(yù)應(yīng)力束26綜合采用3種方法124339363825_l40ll5475185結(jié)語(yǔ)由于延長(zhǎng)鋪軌時(shí)間方法簡(jiǎn)單作用效果明顯,所以對(duì)于鋪設(shè)無(wú)碴軌道的大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋,一般都采用延長(zhǎng)鋪軌時(shí)間的方法來(lái)減小后期變形.而后張預(yù)應(yīng)力束和體外預(yù)應(yīng)力束施工比較麻煩,后期變形控制作用一般,對(duì)于跨度不大的橋一般不采用這兩種方法.影響收縮徐變的因素比較多,有限元軟件的模擬分析難免和實(shí)際情況有出入,特別是徐變系數(shù)和收縮應(yīng)變的取值很難把握,就連規(guī)范的取值相差也很大.所以對(duì)后期變形的控制必須結(jié)合實(shí)際測(cè)量結(jié)果.以上分析是按二期恒載同時(shí)上橋來(lái)考慮的,而實(shí)際上二期恒載的鋪裝需要一定的時(shí)間.二期恒載是否分批加載和其加載的空間和時(shí)間順序?qū)笃谧冃斡幸欢ㄓ绊?所以必須確定合理的二期恒載加載方案.參考文獻(xiàn)l1周履,陳永春.收縮徐變m.北京:中國(guó)鐵道出版社,1994:3399.2喬健,陳