城市輕軌高架橋連續(xù)箱梁時效變形試驗

1、城市輕軌高架橋連續(xù)箱梁時效變形試驗摘要:結(jié)合北京地鐵13號線八達嶺高架橋中預應力混凝土高架橋連續(xù)箱梁的實橋變形觀測試驗,以試驗數(shù)據(jù)回歸分析了基于綜合時效的梁體后期變形.分析結(jié)果說明:統(tǒng)計回歸所得的時效變形系數(shù),其早期值比按我國鐵路標準及ai(aeriannreteinstitute)標準修正式計算所得的徐變系數(shù)略偏大,終極系數(shù)卻偏小,同類輕軌高架橋梁構(gòu)造后期變形按標準設計有足夠的平安保證,但應嚴格控制早期時效變形.所提出的回歸分析方法可為輕軌橋梁后期變形的預測提供參考.關(guān)鍵詞:城市輕軌;高架橋;時效變形;試驗我國城市軌道交通高架橋上的線路采用整體道床軌道形式,鋼軌通過扣件直接與承軌臺連接,線路

2、標高僅依靠扣件的調(diào)節(jié)量來實現(xiàn).有關(guān)研究資料說明,扣件留給梁體后期變形的調(diào)節(jié)量非常有限1-2.如不能有效控制橋梁后期時效變形增量,將會造成扣件破壞、整體道床開裂、線路不平順,引起嚴重的交通環(huán)境振動,并可能危及線路開通后列車的運營平安,對整體道床的維修養(yǎng)護也會造成較大影響.因此,研究城鐵高架橋梁的時效變形規(guī)律,有效預測其終極值,提出有效控制時效變形增量方案,成為城市高架軌道交通中橋梁設計與施工面臨的重要問題.混凝土的收縮徐變、預應力損失及環(huán)境溫濕度變化等因素是引起橋梁變形的主要原因.對于預應力混凝土連續(xù)梁,因截面高度變化、配筋形式及構(gòu)造工作環(huán)境復雜等原因,要準確計算各因素引起的時效變形大小是極其繁

3、雜的.本文作者針對北京地鐵13號線八達嶺高架橋中的預應力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁(單箱單室)的實橋時效變形,提出了基于截面應變變化規(guī)律的連續(xù)梁時效變形系數(shù)回歸分析方法.1實橋時效變形觀測試驗1.1橋梁概況地鐵13號線八達嶺輔路高架橋為四跨預應力混凝土連續(xù)箱梁,其橋跨布置17.275+32+32+17.275,采用單箱單室箱梁截面.梁頂、底板厚0.20,標準段腹板厚0.35,加厚段腹板厚0.60,橋面頂板懸臂長2;混凝土等級為50,彈性模量取3.55104pa;預應力鋼絞線采用直徑為j15.20高強低松弛預應力鋼絞線(gb/t5224-1995標準),標準強度fpk=1860pa,彈性模量ep=195

4、gpa,張拉控制應力n=0.75fpk=1395pa;普通鋼筋采用-級.橋梁施工采用滿布支架現(xiàn)場澆注混凝土的施工方法.1.2試驗方法實橋時效變形觀測采用相對高程差法和應變觀測法.相對高程差法通過觀測點與基點(支座點)之間相對高差的長期觀測,可直接得出橋梁上拱度或撓度的變化規(guī)律,從而預測最終時效變形值,其方法原理簡單,試驗結(jié)果直觀.應變觀測法通過預埋在選定截面梁體內(nèi)的ve-4200型振弦式內(nèi)埋應變計及配套的數(shù)據(jù)采集儀,監(jiān)測梁體混凝土應變隨時間的開展變化,其結(jié)果可反響截面變形及應力重分布等變化情況.應變觀測截面、,測點yb1、yb2、yb3、yb4及高差法觀測點g1、g2如圖1所示.試驗觀測時間從

5、預應力筋張拉后開場,歷時約1a.數(shù)據(jù)處理時分別取頂板、底板應變及高差平均值.1.3試驗結(jié)果分析(1)相對高差法測量時效上拱度在連續(xù)梁的各跨支座及跨中處分別布設水準點,每一截面位置分別在箱梁頂板兩端設兩個水準點,用兩點的相對高差平均值代表該截面的上拱度值.整聯(lián)連續(xù)梁中32跨跨中的上拱度最大,其觀測值如圖2所示.張拉預應力筋后的短時間內(nèi),箱梁底板受預應力作用產(chǎn)生很大的彈性壓縮變形,而頂板出現(xiàn)快速的上拱,因此觀測曲線形成突變.隨后的23個月內(nèi),由于混凝土的收縮徐變開展迅速,使梁體上拱度增加較快.同時,因預應力的損失,使預應力對梁體產(chǎn)生的反拱彎矩有所減小,當收縮徐變產(chǎn)生的上拱度增量小于預應力損失產(chǎn)生的

6、上拱度減少量時,曲線出現(xiàn)短暫的下凹段(3060d).隨著施工進度開展,輕軌高架橋上增加了二期恒載的作用,東西兩跨32梁跨中的上拱度變化曲線出現(xiàn)了第二次下凹段,反拱變形有所減小.預應力筋張拉后3個月左右,預應力損失已趨于穩(wěn)定,混凝土收縮徐變繼續(xù)緩慢開展,梁體上拱度有少量的增加,約1a左右上拱度趨于穩(wěn)定,其值約在14附近變化,但變化幅度很小.在張拉后的212個月內(nèi),上拱度的增量維持在8左右,假如在此段時間內(nèi)安裝軌道扣件,橋梁后期變形增量可滿足扣件調(diào)節(jié)量要求1.(2)應變觀測混凝土微應變(受壓為正,受拉為負)總體上呈增長趨勢,這與混凝土徐變現(xiàn)象大體一致.但試驗過程中預應力混凝土梁體受到自重、二期恒載

7、、混凝土收縮徐變、預應力作用及環(huán)境變化等因素共同作用,所測得的微應變變化規(guī)律與單純的混凝土徐變應變變化規(guī)律不同.在張拉后的一段時間內(nèi),預應力的時效損失沒有混凝土徐變增長快,應變呈單一增長趨勢,其后的變化與高差觀測法中的實驗結(jié)果相似.由于徐變增長速度減慢及預應力時效損失繼續(xù)的開展、二期恒載的施加,應變曲線在增長的過程中先后出現(xiàn)兩次微小下凹,最終趨于穩(wěn)定,見圖3.對同一截面不同高度的兩個應變觀測點而言,其應變差變化規(guī)律如圖4所示.應變差是梁體宏觀撓曲或上拱的曲率表現(xiàn),受時效因素的影響,應變差也呈增長趨勢,由于張拉初期各時效因素綜合作用復雜,觀測值有一定的離散性,但變化過程中的小范圍波動不影響試驗的

8、最終目的.跨中截面應變差增長范圍為42810-659510-6,左右支座截面的增長值分別為5510-6和7010-6,各截面曲率隨時間增大,并隨徐變增長的穩(wěn)定而收斂.2連續(xù)梁時效變形計算分析2.1后期變形的標準計算方法現(xiàn)有資料對梁體后期變形的研究和計算主要側(cè)重考慮徐變效應.在應力不變條件下,構(gòu)造在t時刻的徐變變形kp與彈性變形kp成線性關(guān)系3,即式中,(t,)為徐變系數(shù),其中t和分別為計算齡期和加載齡期,d.對于高強混凝土徐變系數(shù)確實定,國內(nèi)標準尚未明確規(guī)定,美國ai建議公式為當應力隨時間發(fā)生變化時,由于徐變次內(nèi)力變化的復雜性等因素,構(gòu)造徐變變形的計算往往只能推導出概念明確的公式,卻很難運用到

9、實際計算中.我國?鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土構(gòu)造設計標準?(tb100023-2022)5中的混凝土徐變系數(shù)計算公式為2.2應變回歸法對橋梁徐變變形規(guī)律的研究,通常是對構(gòu)造所用的素混凝土材料或構(gòu)造縮尺模型進展徐變試驗,用統(tǒng)計回歸方法得出徐變系數(shù)或修正已有計算公式.由于試驗條件的限制,一般很難在試驗中模擬所研究構(gòu)造在實際尺寸、配筋、受力等狀態(tài)下的準確徐變變化規(guī)律.且徐變變形只是構(gòu)造后期變形中的一局部,假如僅以徐變增長大致代替整體的后期變形顯然是不合理的.因此以實橋時效觀測數(shù)據(jù)為根底的統(tǒng)計回歸分析比通常情況下單純的徐變回歸更接近真實情況.對圖3中各測點應變數(shù)據(jù)進展對數(shù)非線性回歸,回歸曲線如圖

10、5所示,曲線編號及測點位置見表1.預應力筋張拉后t時刻的時效變形系數(shù)定義為t=(t-0)/0(6)式中,0,t分別表示預應力筋張拉初始時刻及t時刻測點的應變值.將張拉1a的應變作為各測點終極值,那么終極時效變形系數(shù)為u=(365-0)/0(7)計算中舍去個別離散度過大的數(shù)值,結(jié)果見表1可以看出,回歸曲線與實驗離散數(shù)據(jù)變化趨勢一致,回歸的應變值隨時間緩慢增大,預應力筋張拉1a后,應變值趨于穩(wěn)定.2.3時效撓曲變形計算結(jié)果的比擬以預應力筋張拉后1a為收斂期,對高架橋連續(xù)箱梁中的32跨跨中截面撓曲變形系數(shù)進展計算,見表2.結(jié)果說明,實橋試驗值回歸所得的終極時效變形系數(shù)u小于按2種標準計算的徐變系數(shù)u

11、.將梁體后期變形增量表達為f=f0(u-t)或f=f0(u-t)(8)式中,f0為預應力筋張拉后梁體的初始撓曲(上拱)變形,通過高差觀測法f0=7.5.假如梁體預應力鋼筋張拉完畢后立即安裝軌道扣件,3種方法計算出的上拱度極限增量均遠超過扣件調(diào)節(jié)量的范圍.但結(jié)合實際施工情況,在預應力筋張拉60d后直至時效變形趨于穩(wěn)定,按應變回歸法計算,該連續(xù)梁的上拱度增量f=3.9;ai標準修正法計算的上拱度徐變增加約f=6.7;高差觀測法結(jié)果為67.計算結(jié)果均在扣件調(diào)節(jié)量建議值10范圍內(nèi)1.3結(jié)論(1)實橋時效變形的試驗觀測,綜合考慮了混凝土收縮徐變、預應力筋松弛及工作環(huán)境變化等時變因素的影響,全面反響了輕軌

12、高架橋連續(xù)箱梁后期變形開展的真實過程.(2)試驗說明高架橋連續(xù)箱梁預應力筋張拉23月后,后期變形增量最大值約為67,滿足扣件調(diào)節(jié)量要求,建議整體道床城市輕軌道路中,在采用后張法施工的預應力混凝土高架橋上,線路軌道扣件安裝時間宜在預應力筋張拉23月后.(3)時效變形增量的控制與初始變形(撓曲或上拱)及時效系數(shù)(即相對起算時間)相關(guān).(4)高架橋連續(xù)箱梁的時效變形并不是各時效因素作用的簡單線性相加,各因素之間的互相作用較復雜.通過實橋試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計回歸所得的時效變形系數(shù),其早期值比按我國鐵路標準及ai標準修正式計算所得的徐變系數(shù)略偏大,終極系數(shù)卻偏小.(5)同類輕軌高架橋梁構(gòu)造后期變形按標準設計有足

13、夠的平安保證.參考文獻:1邱舍朝,馮愛君.淺談軌道交通高架橋的變形控制j.鐵道標準設計,1998(10):28-29.qiushe-ha,fenai-jun.thedesignfviadutfshanghaiurbanrailtransitpearllinej.railaystan-darddesign,1998(10):28-29.(inhinese)2周新六.上海市軌道交通明珠線高架橋設計j.城市軌道交通研究,2000(4):40-44.zhuxin-liu.thedesignfviadutfshanghaiurbanrailtransitpearllinej.urbanasstransit,2022(4):40-44.(inhinese)3范立礎.梁橋工程(上冊).北京:人民交通出版社,2022:285-286.fanli-hu.bridgeengineering().beijing:hinauniatinspr