1、360 文档中心 word 文档下载网站http:/ 360 文档中心，更多免费文档请访问网址 http:/http:/ 3 卷第 6 期 2006 年 12 月铁道科学与工程学报JOURNALOFRAILWAYSCIENCEANDENGINEERINGVol.3No.6Dec.2006二次预应力组合结构在高速铁路桥梁上的应用研究邵旭东，李显潮，周亚栋（湖南大学桥梁工程研究所，湖南长沙 410082）摘!要：针对高速铁路桥梁对于徐变上拱度有着严格的限值，若徐变上拱过大将严重地影响铁路桥梁的使用性能，甚至危及行车安全等问题，提出将新型二次预应力组合结构应用于高速铁路桥梁。这种结构将混凝土分 2
2、次浇筑，与之相应的预应力筋分 2 次张拉，以此既分散结构的预应力度，又使结构满足受力要求，最终使上拱变形减少。通过对这种结构与常规预应力结构铁路桥梁的分析比较，证明二次预应力组合结构可大大减小徐变上拱度，而且具有良好的受力性能，值得推广应用。关键词：二次预应力组合结构；高速铁路桥梁；徐变上拱中图分类号：U238；U448.13360 文档中心 word 文档下载网站http:/ 文档中心 word 文档下载网站http:/ （以下“预应力混凝土梁简称京规 ）6.4.3 第 7 款规定：的徐变上拱值应严格限制，轨道铺设后，有碴桥面梁的徐变上拱值不宜大于 20mm，无碴桥面梁的徐变上拱值不应大于
3、10mm”。目前铁路上预应力混所以设凝土梁实测徐变上拱的变异系数约为 0.3，计中对徐变上拱度应分别按 14mm 和 7mm 控1制，这一要求是十分严格的。在此，本文作者提出将新型二次预应力组合结构应用于高速铁路桥梁，以期减小徐变上拱度从而保证旅客的舒适度和列车的安全运行。!收稿日期：2006-09-01基金项目：广东省交通厅科技项目（粤交科函20003099 号），男，浙江富阳人，教授，博士生导师，从事大跨度与新型桥梁结构研究作者简介：邵旭东（1961-）2 铁道科学与工程学报 2006 年 12月1 预应力梁徐变上拱的定义360 文档中心 word 文档下载网站http:/ 4）重作用下，
4、各截面处于偏心受压状态，下缘混凝土的预压应力沿梁高按线性变化规律逐渐变小。梁体各部分长期处于不同程度的预应力作用下，各纤维层将产生不同的与时间有关的徐变变形，下缘混凝土的徐变变形最大，沿梁高逐渐变小。因此桥梁变形后上长下短，产生向上拱起的弯曲变形，即梁2。的预应力徐变上拱，其变形量为徐变上拱度确，必要时还可调整预应力的大小，有效地控制徐变上拱。3.2施工加强混凝土施工质量控制。调整水灰比（不 1）大于 0.40）和水泥用量，选用弹性模量较高的碎石360 文档中心 word 文档下载网站http:/ 我国既有铁路桥梁的徐变上拱目前，国内 32m 跨度的铁路预应力混凝土简支梁的上拱量一般在 60m
5、m 以上2。早期生产的预应力混凝土梁，由于设计中强调制梁的经济性加上混凝土施工质量控制不严等原因，导致桥梁上拱度过大。如济南局津浦线 K419 大桥天津方向第 3 孔 31.7m 跨度 T 形梁的最大上拱度达 135mm，同一孔其他 3 片梁的上拱度分别为 118mm，113mm，79mm；又如北京局京秦线狼坨段沙河大桥 38 孔 31.7m 跨度预应力混凝土梁的最大上拱度达 164mm2-3，以致于有些梁未达到使用年限，因道碴厚度过薄而不得不更换新梁，造成很大的经济损失。可见，按既有普通铁路预应力混凝土梁的设计方法和制造工艺将不满足高速铁路预应力混凝土桥梁徐变上拱限值的要求。3360 文档中
6、心 word 文档下载网站http:/ 2 个方面总结徐变上拱的控制措施。3.1设计1）采用部分预应力混凝土。降低预应力度将直接降低结构的初始上拱度4，从而使残余的徐变上拱减小。2）加大高跨比2，5-6。这样既可以提高桥梁的刚度，又可以降低梁体下缘的预压应力值，从而有效地控制了徐变上拱。欧洲高速铁路广泛应用的简支箱梁，高跨比多设在 1/91/11 之间360 文档中心 word 文档下载网站http:/ 二期恒载） ，使得截束作用。2）控制预应力的施加在混凝土强度和弹性模量达到设计要求后进行，而且要保证准确的施加预应力，严禁超张拉6。3）终张拉期限不小于 10c，二期恒载施加期限在终张拉后不少
7、于 60c 后进行，使徐变变形尽可能多地在铺设轨道前完成2，5-6。4 二次预应力组合结构的基本概念360 文档中心 word 文档下载网站http:/ ，而另一部分作用在预制梁体上（一期预应力） ，那么初始上拱度就会明显减小，从而使得残余徐变上拱的问题得到有效解决8-12。二次预应力新技术可以广泛应用于“T”梁，工字梁和箱梁等截面形式，现以简支梁为例说明二次预应力结构的制作工艺及预应力原理。如图 1 所示。a-先浇梁；b-后浇梁；c-一期预应力筋；c-二期预应力筋图 1二次预应力组合示意图Fig.1Twice-prestresseccompositestructure二次预应力组合结构的具体
8、施工工序为：1）制作先浇梁的普通钢筋骨架，设置先浇梁与后浇梁结合面的箍筋和二期预应力钢绞线的波纹管，按设计要求设置一期轴心受压预应力体系；2）浇筑现浇梁，待强度达到要求后在先浇梁内穿入一期预应力钢绞线，张拉并灌浆；360 文档中心 word 文档下载网站http:/ 6 期邵旭东，等：二次预应力组合结构在高速铁路桥梁上的应用研究 3进行封锚处理。5）二次预应力组合结构也是预应力结构中的 1 种，但是由于其预应力筋分两期张拉，它又不同于常规的预应力混凝土结构。正是因为这种施工工艺上的差异，带来结构性质上的一些变化，与常规预应力混凝土结构相比较，二次预应力组合结构有如下 3 个显著优点：其一是预应
9、力张拉后梁体变形大幅度减小；其二是先浇部分可灵活布置于预应力梁的各个位置（如正弯矩或负弯矩区） ；其三是预应8-10，13。力效率更高，能节省一定数量的预应力筋道的高程，轨道扣件可调量相对较少（仅为 306，徐变变形要求更加严格。mm）360 文档中心 word 文档下载网站http:/ 32m 型15，并针对不同工和 24m 简支箱梁和连续梁为主点，设计成双线、单线的箱梁。基于上述情况，设计了 24m 单线无碴常规预应力简支箱梁和二次预应力组合结构简支箱梁进行对比计算分析，验证二次预应力组合结构应用于预应力高速铁路桥控制变形的优势。5.2设计算例资料采用单线无碴预应力混凝土简支箱梁；1）跨径
10、：标准跨径 =24.6m；计算跨径 0=2）24m；（见图 2） ；3）设计荷载取 ZK 标准活载梁高为 2.2m，高跨比为 1/10.9，4）结构尺寸：桥面宽 6.15m，截面尺寸详见图 3；京规6.2.10 第 1 款中规定 5）动力系数!按取值，计算公式如下：360 文档中心 word 文档下载网站http:/ 0.851。 （2）!2=0.2-（m） ，式中： !3.61m 时按 3.61m !为加载长度计算剪力时，!1=计，简支梁时为梁的跨度。55.1高速铁路桥梁的算例对比计算现代高速铁路桥梁的主要结构形式高速铁路桥梁从轨道结构形式上分为有碴轨道梁和无碴轨道梁 2 种形式。有碴轨道以
11、重型钢轨和混凝土枕为基础，具有造价低、轨道弹性好和易于恢复轨道线性等优点；无碴轨道则以混凝土板体基础取代传统轨道中的轨枕和道床，并在板体基础下铺设由聚合物或水泥沥青混凝土灌注的特殊垫层。无碴轨道从根本上解决了传统的有碴轨道在频繁高速动载作用下轨道状态的不稳定问题，大幅度减少了轨道结构的维修作业量、养护维修费用及维修管理。已建的高速客运专线多采用有碴轨道形式，而新建的高速客运专线多采用无碴轨道形式。有碴轨道因道碴厚度和维修工作量的要求，要控制360 文档中心 word 文档下载网站http:/ 2ZK 标准活载图式Fig.2ZKstandardiiveioad图 3 单线简支箱梁截面图（单位：c
12、m）Fig.3Crosssectionofthesingietracksimpie-supportedboxgirder（unit：cm）4 铁道科学与工程学报 2006 年 12 月材料：混凝土等级为 C50；预应力筋为钢绞 6）抗拉强度标线，直径!15.24mm，面积为 139mm2，准值为 1860MPa。每束预应力筋由 7 根直径为 15.24mm 的钢绞线组成；（1978）预测模式，7）徐变系数采用 CEB-FIP应用此模式计算的梁体上拱与应变基本反映了梁体的实际上拱和应变的发展规律，满足工程应用的16-17。需要5.3 徐变计算原理及方法对于常规预应力结构，铁科院建议设计中估算36
13、0 文档中心 word 文档下载网站http:/ fpf（f，?f1）-fg2（f2， -fi?（f， 。 （3）f1）f2）（f，fcambf2）=式中：fpi 为由初始预应力引起的弹性上拱；fpf 为由扣除全部预应力损失后的有效预应力引起的弹性（一期恒载） 、二期上拱；fg 和 fi 为由分别为梁自重恒载引起的弹性挠度；f1和 f2 分别为施加预应力和铺设线路（施加二期恒载）时的混凝土龄期。二次预应力组合结构由于施工工艺的原因，不同混凝土龄期部分截面的恒载应力是不相同的，龄期的不同和恒载应力的差异，导致纵向纤维的收缩徐变变形不协调，受共同变形的约束，徐变变形不能象常规预应力结构那样与弹性变
14、形保持线性关系。其计算原理是根据二期恒载施加完毕的时刻至以后任一时刻的时间间隔内，先浇梁与后浇梁的曲率变化相容条件，全截面内力不变以及应变变形协调条件，计算出截面的内力增量（公式详见文献11 ） ，然后求出截面的曲率增量，从而，通过曲10，13。线拟合的方式计算出变形增量混凝土的养护日期为 28d，预应力张拉完毕 8）360 文档中心 word 文档下载网站http:/ 30d。按照全预应力混凝土结构设计，考虑如下 6 种方案：配 12 束预应力筋的常规预应力结构；二期配 10 束预应力一期配 2 束预应力筋，筋（共 12 束）的二次预应力组合结构；配 14 束预应力筋的常规预应力结构；二期配
15、 10 束预应力一期配 4 束预应力筋，筋（共14 束）的二次预应力组合结构；配 16 束预应力筋的常规预应力结构；二期配 10 束预应力一期配 6 束预应力筋，筋（共 16 束）的二次预应力组合结构；以上各方案的配筋图详见图 4 和图 5。图 4 常规预应力梁的预应力筋布置图（单位：cm）Fig.4PrestressingtendonsinconventionaIprestressedbeam（unit：cm）说明：（1）本图尺寸单位以 cm 计；（2）每束是由 7 根直径为 15.24mm 钢绞线组成；（3）适合于方案 I（仅配 N1N6N1N8 预应力筋，预应力筋） 、 （仅配 N1N7
16、 预应力筋） 、 （仅配N1N8 预应力筋） 。ll图 5 二次预应力组合结构梁的预应力筋布置图（单位：cm）Fig.5Prestressingtendonsintwiceprestressedcompositebeam（unit：cm）说明：（1）本图尺寸单位以 cm 计；（2）每束是由 7 根直径为 15.24mm 钢绞线组成；（3）适合于方案 l（一期配 N6，二 N1N8 预应力筋，期配 N1N5） 、 （一期配 N6N7，二期配N1N5） 、 （一期配 N6N8，二期配 N1N5） 。IV360 文档中心 word 文档下载网站http:/ 文档中心-海量免费 word 文档，ppt 模板下载。涵盖教育、职场、生活应用等各行业。荟萃营销，职业规划，工作简历，入党，工作报告，工作总结，学习资料，知识点总结等精品文档。360 文档中心 http:/
