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1、无碴轨道预应力混凝土桥梁徐变变形控制方法研究?桥梁?无碴轨道预应力混凝土桥梁徐变变形控制方法研究叶梅新,钱淼,刘杰(中南大学土木建筑学院,长沙410075)摘要:根据预应力混凝土桥梁实例的徐变试验,选取合理的徐变系数,并按照无碴轨道桥梁徐变变形控制的要求,从设计,施工等方面研究后期徐变变形的控制方法,分析对比每种方法,将每种方法有效地结合起来控制预应力混凝土桥梁后期变形.关键词:无碴轨道;收缩徐变;变形控制;预应力混凝土桥梁中图分类号:U448.35文献标识码:A文章编号:10042954(2009)020092031概述由于收缩徐变和预应力损失,预应力混凝土桥梁铺轨后的变形即后期变形比较大.
2、后期变形对无碴轨道的平顺性和列车的平稳性影响比较大,对于桥上无碴轨道结构而言,由于没有道碴来调节轨道的高程,无碴轨道的后期变形只能通过扣件进行调整以恢复其正常的轨道几何形状.由于扣件的可调节量非常有限,因此要保证轨道的平顺性,就必须解决轨道铺设后混凝土桥梁的后期变形问题.所以对无碴轨道后期变形的控制方法研究有着重要的意义.1号墩2号墩3号墩4号墩5号墩图1主桥立面布置(单位:cm)图2后张预应力束MB1MB6立面布置(单位:m)截面由心线图31/2截面钢索MB1一MB6布置图4体外束TY1,TY2立面布置2桥梁分析实例3徐变系数取值分析实例为广珠城际线上的一座预应力混凝土连续刚构桥,采用挂篮对
3、称悬臂浇筑施工,主梁截面采用单箱单室直腹板变截面,桥面铺装无碴轨道.桥跨布置由广州向至珠海向为(108+2185+115)m,分别为左边跨,左中跨,右中跨,右边跨四跨,1号,2号,3号,4号,5号五个桥墩,桥跨具体布置见图1.为了控制后期变形,此桥设计了体内后张预应力束和体外预应束,如图2图4所示.桥梁后期变形分析采用有限元软件模拟施工直到成桥后20年的变形情况.收稿日期:20080811作者简介:叶梅新(1946一),女,教授.减少了对既有线的运营干扰,而且有效地降低了工程造价,减少废弃工程,缩短了工期,为京广线提速工程解决了一项重大难题.参考文献:1TB10002.1-2005,铁路桥涵设
4、计基本规范S.关于徐变系数的取值,目前国内外的规范主要有CEB/FIP(1978),CEB/FIP(1990),铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范(TB1002.3-99),铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范(TB10002.32o05),公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG023-85)和公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(J1rGD622004)等.其中TB10002.399,TB10002.32o05和JTG023-85的徐变计算公式完全一样,它们和CEB/FIP(1978)很接近.JTGD62-2004采用新的徐变计算公式,其计算结果和CEB/FI
5、P(1990)很接近.中国目前采用的最新规范是TB10002.32005和JTGD622004,其中TB10002.32005延用TB10002.399和2TB10002.52005,铁路桥涵地基和基础设计规范S.3TB10002.32o05,铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范S.4北方交通大学铁道建筑系隧道教研室.地道桥结构设计M.北京:人民铁道出版社,1978.92铁道标准设计RAILWAYSTANDARDDESIGN2009(2)叶梅新,钱淼,刘杰一无碴轨道预应力混凝土桥梁徐变变形控制方法研究JTG023-85的计算方法;JTGD62-2004采用新的计算公式.为了获得比较准确
6、的徐变系数,需要根据桥梁的混凝土配合比,材料和环境等做徐变试验,采用棱柱体试件测徐变系数,棱柱体尺寸为100mm100mm400mm,加载龄期为28d,总共做7个试件,徐变系数取7个试件的平均值.在理论厚度,环境湿度,混凝土强度等级和加载龄期等相同的情况下,铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范(TB10002.32o05),公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004)和实测的徐变系数曲线比较如图5所示.根据比较,实测值与公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD622004)的徐变系数曲线更接近,所以后期变形控制分析采用JTGD62-2004中的徐变系数.
7、混凝土龄期,d图5JTGD62-2004,TB10002.32005规范和实测徐变系数曲线比较4后期变形控制4.1后期变形控制要求由于无碴轨道结构可调量相对较小,无碴轨道桥梁徐变变形控制显得尤为重要,设计规范给出了相关要求,混凝土桥梁部的徐变变形应满足如下规定:50m预应力混凝土简支结构,无碴轨道铺设后的徐变上拱度不应大于10mm;L>50m时,无碴轨道铺设后的徐变上拱度不应大于L/5000,且不得大于20mm.4.2后期变形控制方法本文研究以下3种后期变形控制方法:(1)延长铺轨时间;(2)设计体内后张预应力束;(3)设计体外预应力束.以上措施必须根据后期变形的线形和大小来确定具体的方
8、案,比如:铺轨时间该延长多久,预留哪些和多少后张预应力束,体外预应力束位置怎样确定等.所以必须得到没有采取后期变形控制措施的后期变形情况.桥梁没有采取后期变形控制措施的后期变形如图6所示,铺轨20年后边跨上拱27mm,中跨下挠43mm.(1)延长铺轨时间全桥合龙后不马上铺轨,而是隔一段时间再铺轨,理论上延长时间越长,无碴轨道的后期变形越小,但实铁道标准设计RAILWAYSTANDARDDESIGN2009(2)暑?桥梁?:兰图6没有采取后期变形控制措施的无碴轨道后期变形际上考虑到施工和运营,时间不可能太长,本桥的铺轨时间设计在合龙后半年.只采取此措施的后期变形如图7所示,铺轨20年后边跨上拱1
9、3mm,中跨下挠39mm.延长半年铺轨使边跨上拱减小了14mm,中跨下挠减小了4mm.暑嚣图7延长半年铺轨的后期变形(2)设计体内后张预应力束体内后张预应力束是在铺完轨道后张拉的预应力钢束.为了控制无碴轨道的后期变形,根据无碴轨道的后期变形情况,预留后张预应力束.根据没有采取控制措施的无碴轨道后期变形(图6),桥梁中跨跨中的后期变形出现的下挠度比较大,所以设计预留中跨箱梁底板的预应力钢束,编号为MB1MB6六种钢束(图2和图3),左右中跨每跨每种钢束4索,每索为217西5,控制张拉应力1290MPa.在张拉体内后张预应力束前后,必须保证桥梁的刚度和强度满足要求.体内后张预应力束可以根据后期变形
10、情况进行分批张拉,先长束,再短束.体内后张预应力束需要压浆,施工比较烦琐,所以最好能够尽早张拉完.桥梁后张预应力束设计在铺轨后0,3,6月张拉MB6,MB5MB4,MB3MB1.只采取设计体内后张预应力束控制方法的后期变形如图8所示,铺轨20年后边跨上拱27mm,中跨下挠36mm.因为后张预应力束都是中跨的,所以体内后张预应力束对边跨基本没有影响,中跨下挠减小了7mm.(3)设计体外预应力束体外预应力束是在铺轨后有选择性张拉的.在主梁施工时,就要布置好体外预应力束的位置,做好体外预应力束转向块,增设横隔板等.在运营阶段后期变形比较大时,则需要适时地有选择性地张拉体外束.93?桥梁?叶梅新,钱淼
11、,刘杰无碴轨道预应力混凝土桥梁徐变变形控制方法研究图8设计体内后张预应力束的后期变形根据理论计算的无碴轨道后期变形结果,设计体外预应力束的位置和数量,但必须保证桥梁强度满足要求.根据没有采取后期变形控制方法的无碴轨道后期变形(图5),桥梁在边跨和中跨都布置了体外束,每个边跨对称布置了4索编号为TY1的体外束,目的是减小边跨上拱,每个中跨对称布置了4索编号为TY2的体外束,目的是减小中跨下挠.体外预应力束每索为l97+5,控制张拉应力930MPa.设计在铺轨后1,2,5年张拉4根TY1,2根TY2,2根TY2.只采取控制措施设计体外预应力束的后期变形(图9),铺轨20年后边跨上拱26mm,中跨下
12、挠38mm.设计体外预应力束使边跨上拱减小了1mm,中跨下挠减小了5mm.J顶桥向坐标/m图9只采取措施设计体外预应力束的后期变形(4)综合采用3种控制方法在施工条件允许下,以满足桥梁的强度要求为前提,将以上3种控制方法有效的结合起来使用,后期变形可以得到比较好的控制.综合采用3种控制方法的后期变形如图10所示,铺轨2O年后边跨上拱12mm,满足规范要求中跨下挠25mm,略超规范允许值.综合采用3种控制方法使边跨上拱减小了15mm,中跨下挠减小了18mm.94昌g顺桥向坐标,m图10综合采用3种控制方法的后期变形4.3方法比较分析延长铺轨时间是种很有效的方法,不管后期变形是上拱还是下挠,都能够
13、减小后期变形,延长的时间越长后期变形减小的越多.延长铺轨时间必定会影响铁路的运营时间,所以要选择一个合理的铺轨时间.体内后张预应力束和体外预应力束在一定程度上能控制后期变形,但必须根据后期变形的线形设计,所以这对后期变形的计算要求比较准确,最起码要判断出是上拱还是下挠的.由于中跨挠度关于跨中不对称,最大挠度不在跨中,偏向边跨2,4号桥墩,而后张预应力束关于跨中对称,张拉后预应力束虽然减小了中跨的下挠,但同时也使得中跨在离3号墩80m左右的地方后期变形挠度曲线出现了上凸.所以后张预应力束和体外预应力束的布置位置很重要.各种控制方法比较见表1.表1各种控制方法在铺轨20年后后期变形比较mm控制方法
14、边跨上拱中跨下挠减小边跨上拱詈赛无措施27延长铺轨时间13设计体内后张预应力束27设计体外预应力束26综合采用3种方法124339363825_l40ll5475185结语由于延长铺轨时间方法简单作用效果明显,所以对于铺设无碴轨道的大跨度预应力混凝土桥,一般都采用延长铺轨时间的方法来减小后期变形.而后张预应力束和体外预应力束施工比较麻烦,后期变形控制作用一般,对于跨度不大的桥一般不采用这两种方法.影响收缩徐变的因素比较多,有限元软件的模拟分析难免和实际情况有出入,特别是徐变系数和收缩应变的取值很难把握,就连规范的取值相差也很大.所以对后期变形的控制必须结合实际测量结果.以上分析是按二期恒载同时
15、上桥来考虑的,而实际上二期恒载的铺装需要一定的时间.二期恒载是否分批加载和其加载的空间和时间顺序对后期变形有一定影响,所以必须确定合理的二期恒载加载方案.参考文献l1周履,陈永春.收缩徐变M.北京:中国铁道出版社,1994:3399.2乔健,陈良江.铁路预应力混凝土桥梁收缩徐变控制技术探索J】.铁道标准设计,2007(6):17.3张金芝.津滨轻轨无碴轨道桥梁徐变变形分析J.铁道标准设计,2003(8):6162.4石现峰,王澜,万家.无碴轨道混凝土桥梁的徐变变形研究J.石家庄铁道学院,2007(1):6163.5乔健,陈良江.铁路预应力混凝土桥梁收缩徐变控制技术探索J.铁道标准设计,2007(6):14.铁道标准设计RAILWAYSTANDARDDESIGN2009(2)目/髓嚣目眦/嚣
