二次预应力组合结构在高速铁路桥梁上的应用研究.docx

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1、本文档下载自文档中心，更多免费文档请访问网址二次预应力组合结构在高速铁路桥梁上的应用研究第卷第期年月铁道科学与工程学报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）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，甚至危与行车安全等问题，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次浇筑，与之相应的预应力筋分次张拉，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

2、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：；文献标识码：文章编号：（）高速铁路的高速度、高舒适性、高安全性和高密度连续运营的特点对其土建工程提出了严格的要求。由于高速列车对桥梁结构的动力作用远比普通列车的大，桥梁出现的随时间不断增加的徐变上拱变形将直接影响桥梁上轨道的平顺性，造成结构物承受很大的冲击力，使乘客舒适度受到影响，轨道也不能保持稳定，甚至影响列车的运行安全。为此，我国在京沪高速铁路设计暂行规定（以下“预应力混凝土梁简称京规）第款规定：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，无碴桥面梁的徐变上拱

3、值不应大于”。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，计中对徐变上拱度应分别按和控制，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：基金项目：广东省交通厅科技项目（粤交科函号），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（）铁道科学与工程学报年月预应力梁徐变上拱的定义铁路预应力混凝土简支梁，在施加预应力和自面在恒载作用下均匀受压，上下缘就不会因徐变作用而产生弯曲变形，就很好的控制了徐变上拱。，以使预应力施加准采用体外预应力技术）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。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。施工加强混凝土施工质量控制。调整水灰比（不）大于）和水泥用量，选用弹性模量较高的碎石，以提高骨料对水泥浆体徐变的约和适宜的级配我国既有铁路桥梁的徐变上拱目前，国内跨度的铁路预应力混凝土简支梁的上拱量一般在以上。早期生产的预应力混凝土梁，由于设计中强调制梁的

5、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。如济南局津浦线大桥天津方向第孔跨度形梁的最大上拱度达，同一孔其他片梁的上拱度分别为，；又如北京局京秦线狼坨段沙河大桥孔跨度预应力混凝土梁的最大上拱度达，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。高速铁路桥梁的徐变上拱的主要控制措施影响预应力梁徐变上拱度的主要因素有预应力度的大小、预应力束的位置、恒活载比值、混凝土弹性模量的变化和施加预应力时混凝土的强度等。综合国内外的研究成果与工程实践，下面从

6、设计和施工工艺个方面总结徐变上拱的控制措施。设计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，从而使残余的徐变上拱减小。加大高跨比，。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，高跨比多设在之间采用无上拱度结构设计概念。通过优化截面几何特性以与预应力束形状使预应力产生的偏心弯矩平衡全部恒载（自重 二期恒载），使得截束作用。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，严禁超张拉终张拉期限不小于，二期恒载施加期限在终张拉后不少于后进行，使徐变变形尽可能多地在铺设轨道前完

7、成。二次预应力组合结构的基本概念预应力混凝土梁的徐变上拱产生的最根本原因就是预应力施加过大，若能将总的预应力分解，使其一部分作用在后浇结构上（二期预应力），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。二次预应力新技术可以广泛应用于“”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与预应力原理。如图所示。先浇梁；后浇梁；一期预应力筋；二期预应力筋图二次预应力组合示意图二次预应力组合结构的具体施工工序为：）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

8、心受压预应力体系；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；制作后浇梁的普通钢筋骨架，注意与先浇梁预留钢筋焊接，按设计要求设置二期预应力系统；浇筑后浇梁，待强度达到要求后在预应力梁内穿入二期预应力钢绞线，张拉并灌浆；第期邵旭东，等：二次预应力组合结构在高速铁路桥梁上的应用研究进行封锚处理。）二次预应力组合结构也是预应力结构中的种，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个显著优点：其一是预应力张拉后梁体变形大幅度减小；其二是先浇部分

9、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。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，徐变变形要求更加严格。）在截面上，箱型简支梁具有整体性能好，竖、横向刚度大，抗扭性能优良，结构耐久性好，施工架设速度快等特点，是客运专线和高速铁路的首选梁。拟建中的京沪客运专线梁型，主要以型，并针对不同工和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。设计算例资料采用单线无碴预应力混凝土简支箱梁；）跨径

10、：标准跨径 ；计算跨径 ）；（见图）；）设计荷载取标准活载梁高为，高跨比为，）结构尺寸：桥面宽，截面尺寸详见图；京规第款中规定）动力系数!按取值，计算公式如下：计算弯矩时， 。（）（），式中： 时按 !为加载长度计算剪力时，计，简支梁时为梁的跨度。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种形式。有碴轨道以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

11、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、养护维修费用与维修管理。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，要控制徐变变形，而无碴轨道由于没有道碴来调节轨图标准活载图式图单线简支箱梁截面图（单位：）铁道科学与工程学报年月材料：混凝土等级为；预应力筋为钢绞）抗拉强度标线，直径，面积为，准值为。每束预应力筋由根直径为的钢绞线组成；（）预测模式，）徐变系数采用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。需要徐变计算原理与方法对于常规预应力结构，铁科院建

12、议设计中估算如下：施加二期恒载后梁体徐变上拱的公式式中：为由初始预应力引起的弹性上拱；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；和为由分别为梁自重恒载引起的弹性挠度；和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，全截面内力不变以与应变变形协

13、调条件，计算出截面的内力增量（公式详见文献），然后求出截面的曲率增量，从而，通过曲。线拟合的方式计算出变形增量混凝土的养护日期为，预应力张拉完毕）至二期恒载施加时间为。按照全预应力混凝土结构设计，考虑如下种方案：配束预应力筋的常规预应力结构；二期配束预应力一期配束预应力筋，筋（共束）的二次预应力组合结构；配束预应力筋的常规预应力结构；二期配束预应力一期配束预应力筋，筋（共束）的二次预应力组合结构；配束预应力筋的常规预应力结构；二期配束预应力一期配束预应力筋，筋（共束）的二次预应力组合结构；以上各方案的配筋图详见图和图。图常规预应力梁的预应力筋布置图（单位：）说明：（）本图尺寸单位以计；（）每束是由根直径为钢绞线组成；（）适合于方案（仅配预应力筋，预应力筋）、（仅配预应力筋）、（仅配预应力筋）。图二次预应力组合结构梁的预应力筋布置图（单位：）说明：（）本图尺寸单位以计；（）每束是由根直径为钢绞线组成；（）适合于方案（一期配，二预应力筋，期配）、（一期配，二期配）、（一期配，二期配）。文档中心海量免费文档，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。文档中心