高速铁路预应力混凝土连续梁后期徐变分析

摘 要：在长时间的重量压力下，大跨度预应力的混凝土由于自身特性而产生徐变的变形，大多数高速铁路选择运用无砟轨道，但是它的可调整性比较小。随着高速铁路的发展，人们对于铁路平整性的需求十分迫切，控制高速铁路预应力混凝土桥梁的形变问题越来越受到重视。文章通过对影响徐变的因素进行分析并为施工提出了几点建议，希望能为相关单位提供借鉴。

关键词：预应力；混凝土；后期徐变；连续桥梁；无砟轨道

1 概述

应力混凝土连续梁桥设计具有很多优势。高速列车行驶起来平顺舒适，具有很少的伸缩空隙，容易护理，具有很强的抗震性能等。箱型的截面是预应力混凝土连续梁桥常用的截面形式。运用预应力混凝土连续箱梁在很大程度上增强了梁桥的跨越能力，预应力混凝土连续梁桥在一定的距离区间内占有领先的地位。预应力混凝土连续梁桥由于自身的优势，已经广泛的运用于城市桥梁、高速铁路、公路桥等。虽然预应力混凝土连续梁桥有很多施工方法，但是悬臂施工法运用的最多，它为预应力混凝土连续桥梁的发展提供了有效保障。当采用悬臂法施工预应力混凝土桥梁的时候，混凝土不同阶段的龄期会有5天至6个月的差别，徐变所引起的各施工阶段的挠度变化，应力损失及体系转化后的内力重分配等都是施工过程中需要重点关注的问题。

2 混凝土徐变的基本概念

混凝土的徐变与持续的应力有很大的关系，包括的类型为：（1）基本徐变，又叫做真徐变，当水分没有变化的情况才产生；（2）干燥徐变，这种徐变是与构件所含水分的变化有关的，跟随着水分的变化而变化。加载龄期与所含水分的多少对混凝土的徐变有决定作用。在水泥水化的影响下，构件中的应变时间越长而增加的幅度越大，这个过程不只发生在幼龄混凝土，构件的整个使用期都会发生。混凝土的徐变特性会是应力松弛，即在外界压力作用下，假如保持变形为常量，则结构应力将随着时间而渐渐变小。

在20世纪初期人们开始发现混凝土徐变现象，界内的相关人士也提出了一些研究理论成果，但这些理论的应用范围不同，没有一种能够完全解释相关现象。

3 预应力混凝土连续梁徐变效应分析

3.1 施工工程举例

以某一个变截面预应力混凝土连续梁桥运用的是采用混凝土、沥青混合料等整体基础取代散粒碎石道床的轨道结构的高速铁路做示例。我们选定了五座来分析，进行的跨度布置如下：（32+48+32）m，（40+56+40）m，（40+72+40）m，（48+80+48）m，（75+125+75）m。中跨125m连续梁采用C60混凝土，剩下的4座均采用C50混凝土。

3.2 预应力混凝土连续梁徐变的影响因素分析

通过使用相关的技术来建立上述5座桥梁的整体构架模型。从变化量混凝土弹性模量E、预应力张拉龄期τ两个方面来探究预应力混凝土连续梁徐变的影响因素。

3.2.1 混凝土弹性模量E对后期徐变值的影响

徐变系数计算表达式采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ 023-85）附录四中的模型运算，即铁路05规范中所推崇的运算模型，混凝土龄期7d，弹性模量设计值E=3.55×104MPa，混凝土弹性模量E变化时，其变化的区间是设计值的80%～120%，以5%为级差。其结果如表1所示。

根据表1分析可得：（1）无论是梁上拱或下挠，后期徐变值都会随着混凝土弹性模量E的变大而减小；（2）当连续梁的中跨比80m小的时候，最大后期徐变值与最小后期徐变值的差在3mm以内并且也满足相关规定；（3）当连续梁的中跨度为125m的时候，在保持设计的情形下，后期徐变值能达到-8.24mm，受弹性模量E的变化影响比较大，在0.8E时，后期徐变值达到-13.14mm，没有满足相关规定的限制要求。

3.2.2 预应力张拉龄期τ变化对后期徐变值的影响

运用上述模型中的徐变系数运算的公式，弹性模量设计值E=3.55×104MPa，如果龄期发生改变，则预应力张拉龄期活动的区间为4～10d，以1d为级差，那么与之相符合的标准节段工程时间为6～12d。通过计算分析可得预应力张拉龄期τ变化影响后期徐变值存在以下规律：（1）当预应力张拉龄期τ增大的时候，后期徐变值会减小。（2）当预应力张拉龄期τ由4d变化至10d的时候，这5座桥梁的后期徐变值得差异较小，最大最小差值均在2mm以内，并且5座桥梁的后期徐变值都符合《新建时速300～350km客运专线铁路设计暂行规定》。

4 对于高速铁路施工所提出的几点对策

减少高速铁路的徐变变形可以通过对施工过程进行严格的控制以及实时的进行图纸设计改进来进行。我们通过结合中国国家施工工程现状，提出了以下解决对策：

（1）由于大跨度桥梁后期徐变受弹性模量E的作用比较大，跨度桥梁的后期徐变值受弹性值的影响比较大，弹模值越大，对后期徐变值的影响越大。因此，预应力混凝土连续梁预应力张拉必须在混凝土的强度和弹性模量全部满足设计要求的值时进行。

（2）通过上述例子论述可以知道，张拉预应力时的混凝土龄期τ从4d至10d变化时（即标准节段工期从6d变化到12d），所相应的徐变量最高最低数值差距都是毫米以内，非常小，其中后期徐变量差异最大的时候才2mm左右。可以说，后期徐变量虽然在张拉预应力时的混凝土龄期τ从4d至10d的时候有减小的趋势，但总体来看，它的变化趋势不明显，施工的过程中应该根据实际情况进行调整，尽量不要小于4d。

（3）对于徐变原理来说，影响徐变的因素有很多且比较复杂，此外，徐变计算的理论不同，其计算的徐变值也有很大的差异，所以，我们在进行高速铁路预应力混凝土连续梁后期徐变分析的时候，要尽量选择具有代表性的桥梁并进行长期的观察、记录桥梁结构的变化，来提高观测的准确性以及可信度。

5 结束语

文章首先对混凝土徐变的概念进行界定，并且以具体的例子分析了预应力混凝土连续梁徐变效应，运用常用的混凝土徐变预测模型找出了影响混凝土连续梁后期徐变，并为施工提出了几点建议。文章通过以某高速铁路的变截面预应力混凝土连续梁桥作为例子，探究了预应力混凝土连续梁后期徐变对大跨度高速铁路梁桥的重要作用，总结出了相应的规律，希望能够给以后类似的工程建设提供借鉴。

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