张顺义

0 引言

由收缩徐变和预应力损失引起的变形即后期变形较大，是影响轨道平顺性和列车平稳性的一个重要因素。尤其对桥上无砟轨道结构，通过调整轨道扣件难以保持轨道的平顺性。

1 工程简介

某大跨度预应力混凝土连续梁桥，采用无砟轨道，桥跨布置为(108+2×185+115)m，见图 1。主梁采用挂篮对称悬臂浇筑施工。

2 常用规范徐变系数分析和徐变效应计算方法

2.1 各种规范徐变系数比较分析

工程应用当中，常采用徐变系数 φ(t，τ)描述徐变变化规律，徐变系数是徐变应变和弹性应变的比值，中国和欧洲规范都以混凝土龄期28 d时的弹性应变为基准定义徐变系数，即:

现行中铁规范徐变系数计算见式(1)，中交规范徐变系数计算见式(2)，根据以上几种规范中徐变系数公式计算所得结果见图2。

2.2 徐变变形计算方法

目前主要徐变计算理论有有效模量法、老化理论(徐变率法)、弹性徐变理论(叠加法)、弹性老化理论(流变率法)、继效流动理论等，在实际结构分析中采用较多的是扩展Disch-inger法、中值系数法、龄期调整有效模量法、分时步徐变叠加法(SSM法)等，这些方法均有徐变与应力关系是线性的、服从鲍尔茨曼(L.Bol-tzman)叠加原理两方面的假定。客运专线大跨度梁桥通常采用全预应力结构，可不考虑梁体进入塑性变形时的徐变效应，此外，试验研究表明，当混凝土应力 σc＜(0.4～0.5)fc后时，徐变行为基本上在线弹性范围内。高速客运专线轨道梁在寿命周期内能满足，对其徐变变形的分析基本上采用线性徐变理论，均能满足其两方面的假定要求，其计算精度可以满足实际工程要求。Bazant推荐采用基于叠加原理的SSM法，该法的实际应用较为广泛，在递增荷载作用下精度较高，卸载时可通过计算时段的细分来保证计算精度，并且适用于任何荷载历史和强迫位移。对于本文中大跨度预应力混凝土连续刚构桥，一般采用分段悬臂浇筑的施工方法，在施工过程中，由于现浇梁段与已浇梁段之间存在龄期差，以及合龙时体系转换的问题，收缩徐变引起的结构变形受到多余约束，从而在结构中产生次内力。因此，本文借助于采用SSM法进行计算的有限元分析软件Midas/Civil对大桥进行后期变形分析。

3 大跨度连续刚构桥后期变形计算分析

3.1 有限元模拟

本文采用大型有限元软件包Midas分别按照中铁规范和中交规范两种规范对大桥进行后期变形分析计算。主梁和桥墩均采用梁单元模拟，两个双臂墩和中墩上方处的0号块分别划为14个单元，其余22块梁段划为1个单元，边跨合龙段分别划为 2个单元，中跨合龙段分别划为4个单元，桥墩共划为35个单元，全桥共采用了231个梁单元。按照桥梁实际结构和施工方案逐步逐阶段进行模拟，模拟过程共分为25个阶段，第1阶段为模拟0号块施工(包括混凝土浇筑、挂篮操作、相应的预应力张拉等)，第2阶段～第22阶段分别为模拟1号～21号块施工，第23阶段是模拟两边跨合龙，第24阶段是模拟两中跨合龙，第25阶段是模拟二期恒载的加载。计算时间从施工开始到竣工再到收缩徐变完成，划分为若干阶段，每一阶段划分为若干时间间隔，以施工阶段的起讫时间、结构体系转换的时间、加载或卸载的时刻，作为各阶段与时间间隔的分界点，大桥梁段分22块施工，0号块施工持续时间为15 d，其他21块施工持续时间为10 d，合龙段施工持续时间为20 d，合龙半年后铺轨。计算过程考虑实际施工中的每一步施工过程和施工工艺，如安装挂篮、混凝土的养护和张拉预应力的时间等，在合龙时还需考虑结构的体系转换。最大悬臂阶段和成桥有限元模型见图3，图4。

3.2 计算结果及分析

本文以铺轨时桥梁的变形为基准，分别按照中铁和中交两种规范对大桥铺轨0.5年、1年、2年、3年、4年、5年、9年和20年后桥梁的后期变形进行了计算，并对两种规范计算结果进行了对比分析。

计算结果表明:1)按照两种规范计算所得桥梁后期变形变化规律相同，铺轨后随着时间的推移，大桥的上拱和下挠不断增大，铺轨后前几年桥梁线形随时间变化较快，后几年随时间变化逐渐减慢。2)按中铁规范计算所得的大桥上拱及下挠均较按中交规范计算所得的大。

4 结语

1)较大跨度桥梁的徐变变形较为复杂，徐变系数如何正确取值对大桥后期变形影响较大。2)按中铁规范计算所得桥梁的后期变形较按中交规范计算所得的大得多，应对现有桥梁进行实际观测，对两种规范计算预测结果进行修正，为准确预测桥梁后期变形提供依据。3)应分析桥梁后期变形原理和影响后期变形的因素，并研究如何控制预应力混凝土桥梁的后期徐变变形。4)对于大跨度预应力混凝土桥梁，设计阶段应考虑桥梁的后期变形超限的可能性，增设一些体外预应力并将其布置于合理有效的位置等措施，以便调整桥梁后期过大的上拱或下挠。

[1] 张烈霞.混凝土连续刚构桥墩梁固结处的应力分析[J].山西建筑，2008，34(5):336-337.