徐变对预应力混凝土简支箱梁的变形影响分析

2015-10-31张帅

建材与装饰 2015年18期

关键词：简支徐变实测值

张帅

（中铁二十局集团第四工程有限公司山东青岛 266061）

徐变对预应力混凝土简支箱梁的变形影响分析

张帅

（中铁二十局集团第四工程有限公司山东青岛 266061）

针对高速铁路中某一整体简支箱梁，采用Midas/Civil有限元结构分析软件建模分析，分析箱梁的徐变对梁体变形的影响，并探索分析施工中可能遇见的一些情况对徐变的影响，为同类桥梁的施工和设计提供一定的参考。

简支箱梁；收缩徐变；梁单元

引言

近十年来，中国铁路遇到了铁路建设的黄金机遇期，前所未有的大规模铁路建设在中国大地全面展开。铁路不但要满足运输的需要，还要满足桥上高速列车的安全性、平稳性和旅客乘坐的舒适性，轨道结构对预应力混凝土梁结构的预应力损失、徐变上拱度以及桥梁基础的工后沉降，提出了更加严格的要求。本文针对施工中由于特殊情况不能按照设计要求施工的情况对梁体的徐变进行有限元分析，以探索其对梁体徐变的影响。

1　工程概况

以石武客运专线20m整体简支箱梁为研究对象，分析研究在施工中由于特殊情况不能按照设计要求施工的情况对梁体徐变的影响。

（1）建筑材料及其参数

预应力混凝土采用C50混凝土，弹性模量Ec=3.45MPa，泊松比vc=0.2，轴心抗压强度fc=34.5MPa，轴心抗拉强度fct=3.3MPa，容重γ=25.0kN/m3。其28d龄期混凝土立方体抗压强度标准值为50，环境年平均相对湿度为70%，水泥种类系数为5，收缩开始时的龄期为3d，其他的收缩、徐变以及混凝土的强度随时间变化的相关取值按照规范取值。

预应力筋采用标准型高强度Ⅱ级低松弛钢绞线，强度级别fpk=1860MPa，公称直径为15.2mm，公称面积为140mm2，弹性模量为Ep=195GPa，容重为γp=78.5kN/m3，钢筋松弛系数取0.3，预应力钢筋与管道壁的摩擦系数取μ=0.55，管道每米局部偏差对摩擦的影响系数为k=0.0015，锚具变形、钢筋回缩以及接缝压缩值取两端各为0.006mm，锚具采用AM系列锚具，张拉体系采YCM250，YDC200型千斤顶。纵向预应力管道由80mm波纹管成型。预应力张拉采用应力、应变双重控制。

（2）梁体构造及主要技术标准

本桥为预应力混凝土简支箱梁体系，每跨20m，只考虑梁体自重、二期恒载及预应力，二期恒载取150kN/m，由于梁采用装配式，所以在此不考虑施工荷载。

2　有限元模型的建立

在箱形梁计算中采用的数值模拟方法一般有几种：有限元法，有限条法，有限差分法，有限段刚度法。其中有限元法以其适用性强的特点得到广泛的应用。桥梁结构的力学模型按照采用的单元不同可分为实体模型、梁单元模型、板壳单元模型。采用实体单元，虽然精确高，但是计算工作量大，消耗的资源过多，不经济。而梁单元模型，计算结果一般都能满足工程精度要求，工作量相对来说较少，所以本文用MIDAS/CIVILE软件，采用梁单元对预应力混凝土箱梁进行模拟（图1），全梁单元数为48个、节点数为49个，预应力钢筋22根，分为32个施工阶段。本次建模采用变截面的PC箱梁，边界条件为一般支承两端简支。计算中只考虑梁的自重、二期恒载和预应力。

图1　箱梁的有限元模型

3　计算结果分析

理论计算跨中竖向变形与实测值列于表1，并把结果绘于图2。

表1　跨中竖向变形理论值与实测值比较（单位：mm）

图2　理论计算上拱度和实测跨中竖向变形比较

由以上结果可以看出，理论计算跨中竖向变形的变化趋势基本和实测值大致一致，但实测值表现出较大的波动性，这表明在实际施工中影响桥梁跨中竖向变形的因素随时间的变化有着不确定性，所以在工程实际当中有必要以理论值为参考，并且以实测值为校准。根据规范计算出来的跨中竖向变形基本都比实测值大，在持荷时间达到450d的时候，二者的差值是1.3mm，其差值达到实测值的15.3%，说明理论计算要取得精确的预应力损失结果是很困难的，在工程施工过程中需要作好损失值的实测试验工作。

4　初次加载龄期对徐变的影响

就当前施工中有可能因为特殊情况不能按照设计进行张拉施工的情况，考虑初次加载龄期对徐变的影响。分别就以下五种初次加载龄期分析：

（1）3d加载龄期；

（2）7d加载龄期；

（3）14d加载龄期；

（4）28d加载龄期；

（5）45d加载龄期。

计算结果如表2和图3。

表2　不同初次加载龄期下的徐变（单位：mm）

图3　不同初次加载龄期徐变比较

以28d加载龄期为基准，45d加载龄期下产生的跨中徐变是它的0.94倍，14d加载龄期下产生的跨中徐变是它的1.224倍，7d加载龄期下产生的跨中徐变是它的1.401倍，3d加载龄期下产生的跨中徐变是它的1.545倍。可以看出初次加载龄期对徐变的影响比较大，当加载龄期增加，徐变减小。

5　二恒的加载龄期对徐变的影响

针对施工当中有可能不能按照设计加载二恒的情况，考虑二恒的加载龄期对桥梁徐变的影响。把二恒的加载龄期假设为90d、180d、270d和360d，计算的结果如图4和表3。

以二恒的加载龄期为270d为基准，加载龄期90d时三年后的徐变引起的跨中竖向变形相对减小7.7%，加载龄期180d时三年后的徐变引起的跨中竖向变形相对减小2.7%，加载龄期360d时三年后的徐变引起的跨中竖向变形相对增加1.3%。随着二恒的加载龄期的增大，跨中上拱增大，徐变引起的上拱也在增大，其增量主要是徐变引起的。由此可见，二恒的加载龄期对徐变有一定的影响。