客運(yùn)專線預(yù)制箱梁終張拉彈性上拱度研究

李 松

(中鐵二局集團(tuán)有限公司 新運(yùn)公司，四川 成都 610031)

隨著我國客運(yùn)專線鐵路的大力發(fā)展，工程中大量采用了后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁。該箱梁終張拉階段彈性上拱度是生產(chǎn)過程中一個重要的監(jiān)測參數(shù)，是箱梁預(yù)拱度設(shè)置的重要依據(jù)。為揭示彈性上拱度的實(shí)際情況，本文結(jié)合客運(yùn)專線無砟軌道后張法預(yù)應(yīng)力混凝土32 m簡支箱梁(通橋(2008)2322A—Ⅱ)，對5孔箱梁終張拉全過程進(jìn)行監(jiān)測，并進(jìn)行了有限元分析，為預(yù)拱度設(shè)置提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)［1-2］。

1 終張拉上拱度的監(jiān)測

1.1 監(jiān)測方法與過程［3］

通過監(jiān)測箱梁在終張拉過程中位移的變化，可以了解梁體上拱度的發(fā)展情況。終張拉工序開始前在梁體底部兩側(cè)的支點(diǎn)及跨中位置分別設(shè)置百分表，預(yù)留20 mm左右的讀數(shù)空間，記錄下初始讀數(shù)。終張拉作業(yè)開始后，每進(jìn)行一組鋼束張拉，對百分表讀數(shù)作一次記錄，直到完成所有鋼束的張拉。終張拉工序完成后待百分表基本沒有變化后采集最后一組數(shù)據(jù)，見圖1。本次監(jiān)測的對象為客運(yùn)專線無砟軌道后張法預(yù)應(yīng)力混凝土32 m簡支箱梁(通橋(2008)2322A—Ⅱ)，二期恒載為120～140 kN/m，實(shí)測錨杯喇叭口摩阻平均為6%，管道偏差系數(shù) k=0.002 15，管道摩擦系數(shù) μ=0.57。

1.2 張拉工藝

圖1 終張拉監(jiān)測試驗(yàn)

客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土32 m簡支箱梁的張拉過程采用應(yīng)力、應(yīng)變雙控制，預(yù)施應(yīng)力值以油壓表讀數(shù)為主，用預(yù)應(yīng)力筋伸長值進(jìn)行校核。預(yù)施力應(yīng)采用兩端同步張拉，并左右對稱進(jìn)行，最大不平衡束不應(yīng)超過1束。張拉至鋼束設(shè)計(jì)控制應(yīng)力，持荷5 min。在持荷狀態(tài)下，如發(fā)現(xiàn)油壓下降，應(yīng)立即補(bǔ)至張拉控制應(yīng)力。鋼束布置見圖2，終張拉順序?yàn)?

2N9→2 N8→N1a→2N2d→2N5→2N4→2N2b→2N10→2N7→2N6→2N3→2N1b→2N2c→2N2a。

2 有限元分析

2.1 模型建立

采用Midas/Civil軟件對32 m簡支箱梁進(jìn)行有限元分析［4-5］。全橋共劃分為34個單元，支點(diǎn)處和跨中位置形成節(jié)點(diǎn)。梁體終張拉在存梁臺位上進(jìn)行，邊界條件按實(shí)際情況設(shè)置。

2.2 預(yù)應(yīng)力荷載的設(shè)置

在鋼束設(shè)置時(shí)，鋼束的預(yù)應(yīng)力損失按實(shí)測的錨杯喇叭口摩阻、管道偏差系數(shù)及管道摩擦系數(shù)考慮。施工階段模擬時(shí)，將鋼束的張拉順序設(shè)置到荷載組上，即每組鋼束張拉步驟設(shè)置一個荷載組，在施工階段荷載設(shè)置時(shí)即可通過激活、鈍化荷載組的方法對張拉順序進(jìn)行模擬。

2.3 有限元分析結(jié)果

通橋(2008)2322A—Ⅱ32 m簡支箱梁規(guī)定了四種二期恒載，分別為100～120 kN/m，120～140 kN/m，140～160 kN/m和160～180 kN/m，不同的二期恒載鋼絞線根數(shù)略有不同。用有限元的方法分別對四種情況下的終張拉彈性上拱度進(jìn)行了計(jì)算，四種二期恒載下終張拉彈性上拱度分別為12.73 mm，13.25 mm，13.75 mm和13.95 mm。

圖2 預(yù)應(yīng)力布置(單位:mm)

3 數(shù)據(jù)分析

將監(jiān)測過程的數(shù)據(jù)與有限元分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，分析結(jié)果見圖3和表1。結(jié)果表明，監(jiān)測過程的數(shù)據(jù)與有限元的數(shù)據(jù)偏差不大，終張拉彈性上拱值最大的偏差為4.04%。從圖表中可以看出，監(jiān)測數(shù)據(jù)比有限元數(shù)據(jù)要小，原因是實(shí)際混凝土強(qiáng)度及彈性模量比有限元分析采用的理論值要大。實(shí)際梁體的剛度較大，由此可以認(rèn)為有限元分析的數(shù)據(jù)為彈性上拱度的上限值。張拉過程中上拱度偏差較大，是因梁體伴隨著預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散始終在上拱，而每一步上拱的值比較小，造成相對誤差較大。

圖3 張拉順序與上拱度關(guān)系曲線

4 結(jié)論

對客運(yùn)專線預(yù)制箱梁終張拉過程進(jìn)行了全過程位移監(jiān)測與有限元分析。結(jié)果表明，在100～120 kN/m，120～140 kN/m，140～160 kN/m，160～180 kN/m 4種二期恒載下箱梁終張拉彈性上拱度分別為12.73 mm，13.25 mm，13.75 mm和13.95 mm，有限元分析結(jié)果與監(jiān)測數(shù)據(jù)比較吻合，最大偏差為4.04%。施工預(yù)拱度設(shè)置時(shí)終張拉彈性上拱部分可按該數(shù)據(jù)考慮。

表1 累計(jì)位移的計(jì)算值和監(jiān)測結(jié)果比較

［1］寧貴霞，孔德艷，藺鵬臻，等．雙線鐵路整體 PC箱梁上拱度分析［J］．鐵道學(xué)報(bào)，2007，29(6):123-125．

［2］周冰，張艷芳，王毅明．后張法預(yù)應(yīng)力簡支梁起拱度計(jì)算及施工應(yīng)用［J］．鐵道建筑，2007(3):11-13．

［3］翟靜陽．鐵路客運(yùn)專線900 t箱梁靜載彎曲試驗(yàn)淺析［J］．交通科技，2008(4):96-98．

［4］趙曼，王新敏，閻貴平，等．整體式箱梁張拉過程的仿真分析［J］．西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006，38(4):564-568．

［5］楊鷹，孫遠(yuǎn)，盛興旺，等．高速鐵路混凝土箱梁空間力學(xué)特性分析［J］．橋梁建設(shè)，2007(3):27-29．