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本文作者：鄭輝輝盧文良工作單位：北京交通大學土木建筑工程學院

客運專線32m箱梁徐變理論計算

箱梁簡介客運專線預制900t簡支箱梁(通橋(2008)2322A-Ⅱ)采用單箱單室的截面形式，梁長32.6m，高3.05m，頂板寬12m，底板寬5.5m，梁端頂板、底板及腹板局部向內側加厚，單片箱梁重約9000kN。梁體混凝土強度等級為C50，采用后張法施工工藝，梁體沿縱向設置27束預應力筋，其中N1a、N1b、N2a、N2b、N2c、N2d、N3～N10在靠近梁端附近不同截面彎起，箱梁截面見圖1。圖2.2不同計算模型徐變理論計算結果徐變度是指單位應力下混凝土產(chǎn)生的不同加載齡期的徐變，是混凝土徐變應變計算的主要方式之一。分別采用上述3種模型計算了客運專線32m簡支箱梁的徐變度，計算模型中僅考慮箱梁自重及預應力荷載，預應力筋終張拉完成為計算起始齡期，計算徐變度發(fā)展曲線見圖2。3種計算模型徐變度有類似的發(fā)展趨勢，但B3模型的徐變度值大于GL2000模型和CEB-FIP(1990)模型。B3模型考慮的主要因素有:相對濕度、混凝土構件尺寸、混凝土28d強度，水泥含量、水泥與沙石含量比、混凝土干燥齡期及加載齡期等。國內鐵路箱梁混凝土多為高強度混凝土，水灰比較小，粉煤灰與礦粉的添加，進一步降低了水泥的使用量，增加了混凝土徐變計算的不確定性。Bzant等人在實驗研究B3模型計算參數(shù)時并未考慮粉煤灰及礦粉的影響［8］，簡單的以水膠比替代水灰比會產(chǎn)生一定的誤差，并且鐵路箱梁的混凝土水膠比多數(shù)超出了Bzant［9］實驗擬合的B3模型參數(shù)限定的適用范圍，是造成計算結果偏大的主要原因。加載初期GL2000模型計算徐變度曲線斜率大，徐變發(fā)展迅速，徐變度增長較快。CEB-FIP(1990)模型計算徐變度曲線在加載初期斜率較小，徐變度發(fā)展較GL2000模型緩慢。GL2000模型與CEB-FIP(1990)模型計算徐變度曲線在加載齡期230d時相交。在加載齡期超過230d后CEB-FIP(1990)模型計算徐變度增長比GL2000模型快，但二者斜率均較小，徐變度曲線較為平緩。

箱梁徐變現(xiàn)場監(jiān)測

現(xiàn)場監(jiān)測簡介在箱梁1/8跨截面、1/4截面和跨中截面埋設應變傳感器測量混凝土的應變值，每個測試斷面布置4個鋼弦式應變計，頂板應變測點位于上層鋼筋下方，分別距兩側腹板鋼筋內側10cm;底板應變測點位于底板上層鋼筋下方，分別距兩側腹板鋼筋內側10cm。終張拉完成后梁體在自重和預應力作用下上拱，簡支受力。現(xiàn)場選取終張拉完成的梁體進行了應變監(jiān)測，觀測了箱梁相應截面終張拉完成后16個月內的應變發(fā)展。監(jiān)測過程中梁體僅承受自重和預應力荷載，徐變增長受外荷載影響較小。實測徐變應變終張拉完成后箱梁應變監(jiān)測值包括徐變應變、自身體積應變、溫度梯度應變和收縮應變。對低熱微膨脹混凝土的自身體積應變進行長期觀測表明，混凝土澆筑完成的自身體積應變主要發(fā)生在澆筑完成1周內，從齡期7～720d其自身體積應變增長很小［10］，本文忽略其對應變的影響。溫度梯度應力所產(chǎn)生的混凝土應變較為復雜，把測試時間選在大氣場、溫度場恒定時期的每日凌晨可忽略溫度梯度對應變的影響［11］。混凝土的收縮應變可通過CEB-FIP(1990)模型中收縮應變計算方法分析考慮，從而混凝土的徐變應變?yōu)楸O(jiān)測應變與收縮應變之差。終張拉完成后16個月徐變應變發(fā)展曲線見圖3～圖4。圖3實測梁體頂板不同位置徐變應變圖4實測梁體底板不同位置徐變應變由圖3和圖4知，終張拉完成后監(jiān)測截面均受壓，應變?yōu)閴簯儭Ｓ捎诹后w不同截面應力大小不同，頂板底板不同截面徐變值有一定差異，頂板跨中徐變值最小，1/8跨截面徐變值最大，底板跨中截面徐變值最大，1/8跨截面徐變值最小。頂板1/4跨、1/8跨截面徐變應變在監(jiān)測齡期60d附近有一定波動，但徐變絕對值小，對徐變的長期監(jiān)測影響較小。隨著齡期的增長，頂板底板徐變應變有類似的增長規(guī)律，終張拉完成后初期徐變發(fā)展較快，徐變發(fā)展曲線斜率大，終張拉完成后60d內徐變發(fā)展完成了16個月總徐變的58.3%～62.8%。隨著齡期的增加徐變增長速率逐漸放緩，徐變發(fā)展曲線斜率明顯減小，監(jiān)測齡期60～150d徐變增長了16個月總徐變的9.8%～21%。終張拉完成150d后徐變增長速度趨于平緩但徐變仍不斷增長，監(jiān)測后期11個月徐變值僅為16個月總徐變值的19.3%～22.7%。持續(xù)荷載作用下徐變增長使混凝土的應力與應變比隨時間不斷降低，梁體的“有效剛度”也隨之降低，梁體將出現(xiàn)時變上拱。

理論計算與實測應變對比分析

根據(jù)自重和預應力荷載作用下箱梁不同截面位置應力水平，運用CEB-FIP(1990)模型和GL2000模型計算了箱梁不同位置徐變應變。通過徐變理論計算與試驗監(jiān)測的對比可以對理論計算進行驗證，并指導試驗監(jiān)測，徐變應變不同位置試驗值與理論計算值對比見圖5～圖10。從圖5～圖10可知，徐變應變理論計算值在張拉完初期均大于現(xiàn)場監(jiān)測值，但CEB-FIP(1990)模型和GL2000模型均能較好地預測出混凝土的徐變發(fā)展趨勢。終張拉完成后前期混凝土徐變增長較快，CEB-FIP(1990)模型預測徐變值更符合實測徐變發(fā)展，監(jiān)測前期5個月CEB-FIP(1990)模型計算頂板徐變平均誤差為6%，底板平均誤差為7%。GL2000模型計算頂板徐變平均誤差為17%，底板徐變平均誤差為15.5%。GL2000模型計算的后期徐變增長緩慢，理論計算相對誤差較小，從5個月到16個月監(jiān)測期GL2000模型計算頂板徐變平均誤差為3%，底板徐變平均誤差為1.6%。CEB-FIP(1990)模型計算頂板徐變平均誤差為7%，底板徐變平均誤差為5%。通過對比可知終張拉完成后前期徐變增長較快，混凝土對影響徐變的因素較為敏感，監(jiān)測徐變數(shù)據(jù)波動大，理論計算徐變平均誤差較大，終張拉完成5個月后徐變增長緩慢，數(shù)據(jù)波動小，理論計算徐變平均誤差小。頂板與底板的理論徐變應變與實測徐變應變有一定差值，其原因是多方面的。理論計算中濕度等參數(shù)均采用近似值，不能完全反應實際情況，會造成理論計算誤差。梁體體積、截面、表面積均很大，溫度梯度應變對實測徐變應變有一定影響，此外混凝土自身體積變形也會影響徐變應變實測值。通過對不同工程自身體積應變進行長期監(jiān)測可知混凝土自身體積應變可能是壓應變也可能是拉應變［12］，其初期發(fā)展較快，后期變化緩慢，是梁體應變監(jiān)測中初期數(shù)據(jù)波動較大的主要原因。

結論與建議

(1)現(xiàn)場監(jiān)測表明，梁體終張拉完成后60d內徐變發(fā)展曲線斜率大，徐變增長迅速，60d后徐變增長速率明顯放緩，但仍較大，150d后徐變增長速率趨于平穩(wěn)，徐變持續(xù)緩慢增長。終張拉完成后2個月徐變值達16個月總徐變值的60%左右。在徐變控制中應該加強初期養(yǎng)護條件，防止梁體早期徐變增長過快，同時應考慮梁體長期徐變增長。(2)荷載作用初期GL2000模型和CEB-FIP(1990)模型徐變預測值均比實際監(jiān)測結果大，但兩種模型對長期徐變發(fā)展趨勢預測與實際情況相符，對長期徐變應變的預估有一定參考價值。(3)針對預應力混凝土箱梁長期徐變預測，在不同齡期分別采用不同的計算模型可以提高預測結果的精確性。客運專線預應力簡支箱梁在加載初期CEB-FIP(1990)模型的徐變發(fā)展更符合實際情況，加載齡期大于某齡期時GL2000模型的預測值相對誤差較小。(4)B3模型在國外混凝土徐變研究中得到廣泛應用，但是由于國內外材料的差異性及混凝土配合比的差別，在高速鐵路箱梁的徐變研究中有較大的誤差，需做進一步研究。(5)由于混凝土自身體積變形及溫差應變的影響，預應力加載初期混凝土應變監(jiān)測值波動幅度較大，在徐變應變的研究中應加強對無應力應變的研究和監(jiān)測。