城市輕軌預(yù)應(yīng)力混凝土軌道梁徐變性能試驗(yàn)研究

摘　要: 通過(guò)4 根1 ∶5 城市輕軌預(yù)應(yīng)力混凝土軌道梁模型的500 d 長(zhǎng)期試驗(yàn),對(duì)其時(shí)隨性能進(jìn)行較系統(tǒng)的研究與分析,重點(diǎn)考察混凝土種類、截面上下緣應(yīng)力差等因素對(duì)軌道梁徐變變形、徐變應(yīng)變、截面曲率、鋼筋應(yīng)力及預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)變等的影響?；邶g期調(diào)整有效模量法,編制步進(jìn)法時(shí)隨有限元分析程序,實(shí)現(xiàn)軌道梁徐變變形的時(shí)隨全過(guò)程分析。應(yīng)用該程序?qū)Ρ疚脑囼?yàn)結(jié)果進(jìn)行模擬分析,計(jì)算值與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。在試驗(yàn)研究、時(shí)隨全過(guò)程分析及美國(guó)規(guī)范ACI 318 —02 的基礎(chǔ)上,提出綜合考慮混凝土種類、預(yù)應(yīng)力筋張拉方式、鋼筋配筋率及截面上下緣應(yīng)力差的城市輕軌軌道梁徐變變形設(shè)計(jì)建議。研究成果為我國(guó)城市輕軌預(yù)應(yīng)力混凝土軌道梁的工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用及有關(guān)規(guī)范的編制提供了依據(jù)和參考。

關(guān)鍵詞: 城市輕軌; 預(yù)應(yīng)力混凝土軌道梁; 徐變性能; 試驗(yàn); 時(shí)隨分析; 設(shè)計(jì)建議

中圖分類號(hào): U239. 3 　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A

　　自2000 年國(guó)家批準(zhǔn)長(zhǎng)春、大連、武漢和重慶等4個(gè)城市為首批輕軌建設(shè)示范城市以來(lái),城市輕軌憑借其方便、快捷、準(zhǔn)點(diǎn)、舒適、高效等優(yōu)點(diǎn),日益成為現(xiàn)代化城市的重要交通通道。目前,高架輕軌線路以無(wú)碴軌道為主,以混凝土板體基礎(chǔ)取代傳統(tǒng)軌道中的軌枕和道床,并在板體基礎(chǔ)下鋪設(shè)由聚合物或水泥瀝青混凝土灌筑的特殊墊層[1 ] ,從根本上解決了傳統(tǒng)有碴軌道在頻繁的高速動(dòng)載作用下的狀態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題,大幅度減少了軌道結(jié)構(gòu)的維修作業(yè)量、養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用及維修管理工作。但是,高架輕軌的軌下基礎(chǔ)對(duì)橋梁變形的要求很高,扣件高程可調(diào)量較小,特別對(duì)大跨度混凝土梁,成橋后的不良線型將影響乘車的舒適性,甚至危及行車安全。為此,開(kāi)展城市輕軌軌道梁長(zhǎng)期性能的專題研究對(duì)該類工程的設(shè)計(jì)和應(yīng)用是十分必要的。

　　近年來(lái),我國(guó)已對(duì)城市輕軌橋梁的徐變變形進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析[2 ,3 ] ,初步掌握了其徐變變形的發(fā)展規(guī)律,并對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土梁[4 ,5 ] 、鋼2混凝土組合梁[6 ,7 ]的長(zhǎng)期性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究和理論分析,取得了一些有益的結(jié)論。但總的來(lái)看,在已有的研究中,缺乏關(guān)于徐變性能的時(shí)隨有限元分析方面的研究,也未提出綜合考慮不同材料種類、張拉方式及截面應(yīng)力狀態(tài)等諸多因素影響的長(zhǎng)期變形的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)建議。此外,在我國(guó)現(xiàn)行的《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》( TB 10002. 3 —2005) (以下簡(jiǎn)稱鐵路規(guī)范)中,未明確提出徐變變形的計(jì)算方法。我國(guó)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(J TGD62 —2004) (以下簡(jiǎn)稱公路規(guī)范) 中采用長(zhǎng)期變形修正法來(lái)考慮荷載的長(zhǎng)期效應(yīng),給出了考慮不同混凝土強(qiáng)度等級(jí)的變形長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù),但忽略了受壓區(qū)配筋率的影響。美國(guó)規(guī)范ACI 318 —02 給出了長(zhǎng)期變形增大系數(shù)計(jì)算式,但式中僅考慮了受壓區(qū)鋼筋配筋率的影響。

　　鑒于此,本文對(duì)4 根1 ∶5 城市輕軌預(yù)應(yīng)力混凝土軌道梁模型進(jìn)行了500 d 的試驗(yàn)研究和時(shí)隨全過(guò)程分析,并提出了考慮多因素影響的軌道梁長(zhǎng)期變形設(shè)計(jì)

1 　試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1. 1 　試件設(shè)計(jì)

　　以跨中截面應(yīng)力等效與施工工藝相似為模型設(shè)計(jì)原則,共設(shè)計(jì)了4 根1 ∶5 大尺度軌道梁模型,編號(hào)分別為RC21 、PC21 、PC23 和PC25 。RC21 為鋼筋混凝土梁,用于測(cè)試混凝土收縮值。PC25 嚴(yán)格按照城市輕軌預(yù)應(yīng)力混凝土軌道梁的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)。

　　為了研究截面上下緣應(yīng)力差和混凝土種類對(duì)徐變變形的影響,以PC25 為標(biāo)準(zhǔn),分別調(diào)整這兩個(gè)參數(shù),設(shè)計(jì)了模型梁PC21 和PC23 。模型梁的具體參數(shù)見(jiàn)表1 。

　　4 根模型梁的截面形狀與尺寸均相同,高跨比為1 ∶10 ,模型梁的示意圖見(jiàn)圖1 ,模型梁與原型梁的結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)比見(jiàn)表2 ?；炷翉?qiáng)度等級(jí)為C60 ,配合比見(jiàn)表3 。普通鋼筋的配置均相同,預(yù)應(yīng)力筋采用高強(qiáng)低松弛鋼絞線。

1. 2 　加載方案

　　預(yù)應(yīng)力筋采用2 次張拉方式(表1) ,即在梁體養(yǎng)護(hù)3 d 時(shí)第1 次張拉預(yù)應(yīng)力筋,第10 d 時(shí)進(jìn)行2 次張拉。為了模擬軌道梁的實(shí)際施工過(guò)程,在張拉完成80d 后施加二期恒載,見(jiàn)表4 。二期恒載按照結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)中長(zhǎng)期堆載的方法,采用素混凝土加載條和鐵塊進(jìn)行加載,以保證長(zhǎng)期加載的穩(wěn)定性。RC21 不進(jìn)行加載,用于測(cè)試混凝土收縮對(duì)模型梁的影響。

1. 3 　主要量測(cè)內(nèi)容

　　(1) 梁跨中變形。在梁端和跨中共布置了3 個(gè)百分表,跨中百分表用于測(cè)量梁體豎向變形,梁端百分表用于測(cè)量支座沉降,以修正跨中變形值。

　　(2) 截面曲率。在跨中截面沿梁高布置3 個(gè)千分表,分別設(shè)在距梁頂50 mm、190 mm、330 mm 高度處,以測(cè)量截面曲率。

　　(3) 混凝土收縮值。在RC21 兩側(cè)各布置1 個(gè)拉線式位移計(jì),以測(cè)量在環(huán)境溫度和濕度影響下的混凝土收縮值。

　　(4) 鋼筋應(yīng)變。在梁體上、下緣分別選取3 根鋼筋,并在每根鋼筋的跨中截面上分別布置兩個(gè)應(yīng)變片。

　　(5) 預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)變。在預(yù)應(yīng)力筋的跨中截面,選取兩根鋼絞線并布置應(yīng)變片。

　　(6) 環(huán)境溫度和相對(duì)濕度的時(shí)隨變化規(guī)律。

2 　試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　預(yù)應(yīng)力筋張拉完成和施加二期恒載后,梁體上下緣的應(yīng)力差值見(jiàn)表5 。加載產(chǎn)生的實(shí)測(cè)彈性變形值與現(xiàn)行公路規(guī)范計(jì)算值的誤差在8 %以內(nèi)。以預(yù)應(yīng)力筋第2 次張拉完成為起點(diǎn),在500 d 的持續(xù)時(shí)段內(nèi),研究了環(huán)境溫度、濕度、跨中距梁頂面190 mm 處的徐變應(yīng)變、梁跨中徐變變形、上緣鋼筋跨中截面應(yīng)力的時(shí)隨變化規(guī)律,并以PC25 為例,給出了典型的跨中截面曲率和預(yù)應(yīng)力筋第2 次張拉后的應(yīng)變時(shí)程曲線圖,見(jiàn)圖2～圖8 。需要說(shuō)明,試驗(yàn)中測(cè)得的應(yīng)變?yōu)槭湛s、徐變的總應(yīng)變,扣除RC21 的收縮值,即可以得到徐變應(yīng)變值?？梢缘贸鲆韵陆Y(jié)論。

　　(1) 徐變變形的發(fā)展規(guī)律。徐變變形以第2 次張拉預(yù)應(yīng)力筋后的數(shù)值為觀測(cè)值初值,以上拱為正向。施加預(yù)應(yīng)力之前,梁體平放在地面上,不產(chǎn)生徐變變形。張拉預(yù)應(yīng)力筋之后,梁體承受自重和預(yù)應(yīng)力的共

同作用,跨中截面的徐變變形隨時(shí)間逐漸增長(zhǎng)。在最初幾天內(nèi),徐變的增長(zhǎng)幅度較大,從PC21 、PC23 和PC25 的平均值來(lái)看,前30 d 的徐變變形約為堆載前最大變形的87 %。施加二期恒載后,變形產(chǎn)生突變,下降幅度為瞬時(shí)彈性變形值。之后的40 d 內(nèi),變形的變化幅值較大,隨后趨于平緩。500 d 的變形增量在1. 75mm 以內(nèi),3 根梁的平均值為1. 48 mm?？缰薪孛媲室粤荷瞎皶r(shí)的曲率為正,其變化規(guī)律與跨中變形基本相同,500 d 內(nèi)PC25 的曲率終值為0. 395 ×10 - 6mm- 1 。

　　(2) 預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)變的發(fā)展規(guī)律。預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)變時(shí)程曲線是以第2 次張拉完成后的瞬時(shí)值為基準(zhǔn),將觀測(cè)值減去基準(zhǔn)值得到的,以縮短為正。3 根模型梁的預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)變變化規(guī)律基本相同。以PC25 為例,在施加二期恒載以前,預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)變的變化速度較大,80 d 時(shí)達(dá)到500 d 總應(yīng)變變化量的60 %;施加二期恒載后,變化平緩,500 d 的總應(yīng)變值約為380 ×10 - 6 。

　　(3) 鋼筋應(yīng)力的變化規(guī)律。由于混凝土收縮、徐變的綜合影響,梁體內(nèi)鋼筋的應(yīng)力變化規(guī)律很復(fù)雜,波動(dòng)性較大。鋼筋應(yīng)力以受壓為正。從總體趨勢(shì)上看,以PC25 跨中截面上緣鋼筋為例,初期增長(zhǎng)速度較快,100 d 達(dá)到最大值的45 %;之后雖有5 MPa 左右的波動(dòng)幅值,但總體趨于平緩。

　　(4) 混凝土種類的影響。采用高性能混凝土可減小徐變變形和徐變應(yīng)變。無(wú)論是較大或較小應(yīng)力差狀態(tài),高性能混凝土梁PC21 與普通混凝土梁PC23相比,徐變變形降低12. 8 %,徐變應(yīng)變降低11. 5 %。

　　(5) 梁體上下緣應(yīng)力差的影響。降低截面上下緣應(yīng)力差有助于減小徐變變形和徐變應(yīng)變。從時(shí)間的進(jìn)程分析,在施加二期恒載以前,梁體截面承受較大的應(yīng)力差,徐變?cè)鲩L(zhǎng)速度較快,在施加二期恒載之后,徐變?cè)鲩L(zhǎng)幅度迅速降低。以截面應(yīng)力差較小的PC25 為例,與PC21 相比,二者500d 內(nèi)的徐變變形的比值為0. 804 ∶1 ,徐變應(yīng)變的比值為0. 957 ∶1 。

　　(6) 對(duì)濕度變化的敏感度。模型梁隨著相對(duì)濕度的降低,徐變變形和徐變應(yīng)變值均增大。如在240～260 d 時(shí)段內(nèi),環(huán)境溫度的變化穩(wěn)定,相對(duì)濕度降低了8 % ,PC21 、PC23 、PC25 的徐變變形和徐變應(yīng)變呈上升趨勢(shì),普通混凝土梁PC23 的徐變變形對(duì)濕度的變化較為敏感。

　　(7) 對(duì)溫度變化的敏感度。模型梁隨著溫度的升高,徐變變形和徐變應(yīng)變值均增大。當(dāng)相對(duì)濕度比較穩(wěn)定時(shí),與高性能混凝土梁PC21 相比,普通混凝土梁PC23 的徐變變形對(duì)溫度的變化更為敏感。在最初的25 d 內(nèi),環(huán)境相對(duì)濕度變化不大,溫度提高了6 ℃,此時(shí)PC23 的徐變應(yīng)變較PC21 增長(zhǎng)較快。

3 　步進(jìn)法時(shí)隨全過(guò)程分析

3. 1 　收縮徐變模型的選取

　　混凝土的收縮徐變由于組成材料的不同而導(dǎo)致各種不確定性的存在[8 ] 。在預(yù)應(yīng)力混凝土軌道梁結(jié)構(gòu)分析中,通常采用徐變系數(shù)描述混凝土徐變規(guī)律。我國(guó)現(xiàn)行公路規(guī)范采用CEB2FIP 1990 的顯式表達(dá)形式,較CEB2FIP 1978 有較大改動(dòng),可精確計(jì)算不同齡期的徐變系數(shù)和收縮應(yīng)變。因此,本文采用環(huán)境溫度和相對(duì)濕度的實(shí)測(cè)值,據(jù)公路規(guī)范對(duì)各參數(shù)進(jìn)行取值。

3. 2 　程序編制的原理

　　將梁體簡(jiǎn)化為在節(jié)點(diǎn)相連接的梁?jiǎn)卧慕M合。將時(shí)間全過(guò)程按施工和運(yùn)營(yíng)階段進(jìn)行變長(zhǎng)度劃分,在每個(gè)時(shí)段內(nèi)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行一次分析,求出各節(jié)點(diǎn)的位移增量和節(jié)點(diǎn)力增量,并與該時(shí)段初始時(shí)刻的位移和節(jié)點(diǎn)力進(jìn)行疊加,即可得到結(jié)構(gòu)在施工、運(yùn)營(yíng)全過(guò)程中的變形和內(nèi)力值。

3. 2. 1 　考慮收縮徐變影響的混凝土應(yīng)力2

　　應(yīng)變關(guān)系增量表達(dá)式本文采用Tro st2BaÑant 齡期調(diào)整有效模量法[ 9 ] 來(lái)編制徐變計(jì)算程序。該法引入老化系數(shù)來(lái)考慮混凝土老化對(duì)最終徐變值的影響,實(shí)質(zhì)上就是應(yīng)用積分中值定理,使過(guò)去求解徐變問(wèn)題的積分方法轉(zhuǎn)變?yōu)榇鷶?shù)方法,計(jì)算簡(jiǎn)易,精度較高[10 ] 。當(dāng)t0 時(shí)刻開(kāi)始施加恒荷載σ( t0 ) , 之后隨時(shí)間發(fā)展有變化應(yīng)力作用,那么,在( t , t0 ) 時(shí)段內(nèi)混凝土的應(yīng)變?cè)隽繛?/P>

　　式中, Ec ( t0 ) 為初次加載時(shí)混凝土的彈性模量;φ( t , t0 )為t0 時(shí)刻加載至t 時(shí)刻混凝土的徐變系數(shù);σ( t) 為t 時(shí)刻混凝土的應(yīng)力;χ( t , t0 ) 為t0 時(shí)刻加載至t 時(shí)刻混凝土的老化系數(shù);Δεsh ( t , t0 ) 為t0 時(shí)刻加載至t 時(shí)刻混凝土的收縮應(yīng)變。

令Eφ ( t , t0 ) = Ec ( t0 ) / [1 +χ( t , t0 )φ( t , t0 ) ] , Eφ ( t ,

　　t0 ) 即為按齡期調(diào)整的有效模量。

　　當(dāng)考慮分階段加載的情況時(shí), 在時(shí)間段( ti , ti - 1 )內(nèi)的應(yīng)變?cè)隽靠梢詫?xiě)為

3. 2. 2 　時(shí)間段的劃分

　　如果某一時(shí)段持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)且荷載不變, 例如預(yù)應(yīng)力筋張拉完成至施加二期恒載前的時(shí)間段、線路鋪設(shè)完成后的正常運(yùn)營(yíng)階段等, 則需要遵循先密后疏的原則進(jìn)行變長(zhǎng)度細(xì)分時(shí)段。由于劃分時(shí)段的個(gè)數(shù)和長(zhǎng)度直接關(guān)系到計(jì)算精度、計(jì)算量以及應(yīng)力歷史的存儲(chǔ)量,可取各細(xì)分時(shí)段的天數(shù)為[11 ]

　　式中, m 為時(shí)間長(zhǎng)度每增大10 倍所需的步數(shù), 可取1～4 ;對(duì)任意給定的tn ,則時(shí)段個(gè)數(shù)為

n = mlg[ ( tn - t0 ) / ( t1 - t0 ) ] + 1 ( 4 )

3. 2. 3 　求解步驟

　　(1) 彈性效應(yīng)的計(jì)算

　　設(shè)共有n 次加載,在tj ( j = 0 , 1 , 2 , ⋯, n - 1) 時(shí)刻對(duì)結(jié)構(gòu)施加外荷載時(shí),根據(jù)彈性有限元理論,采用局部坐標(biāo)系下的兩端固結(jié)單元?jiǎng)偠染仃囘M(jìn)行計(jì)算, 即用有限元方法計(jì)算荷載產(chǎn)生的彈性響應(yīng)時(shí), 不考慮混凝土收縮徐變的影響。

　　(2) 收縮徐變效應(yīng)的計(jì)算

　?、儆?jì)算第i 個(gè)時(shí)段( ti , ti - 1 ) 初應(yīng)力狀態(tài)下的徐變系數(shù)和收縮應(yīng)變;

　　②在時(shí)段的初始時(shí)刻, 令Δε( ti , ti - 1 ) =Δφ( ti ,ti - 1 ) = 0 ,鎖定所有節(jié)點(diǎn), 求出該時(shí)段內(nèi)各單元節(jié)點(diǎn)的收縮徐變強(qiáng)迫力值;

　?、墼跁r(shí)段末的ti 時(shí)刻,將混凝土單元恢復(fù)到本時(shí)段初始時(shí)刻的約束狀態(tài),將強(qiáng)迫力釋放,反向作用于節(jié)點(diǎn)上,形成節(jié)點(diǎn)收縮徐變荷載列向量{ΔF} eR( i) ;

　　④計(jì)算本時(shí)段混凝土的齡期調(diào)整有效模量,建立

　　各單元的平衡方程[ Kφ]e(i) {Δδ} e(i) = {ΔF} eR( i) ( 5 )

　?、萃ㄟ^(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣,集裝成整體坐標(biāo)系中的結(jié)構(gòu)荷載列向量和徐變換算剛度矩陣,建立總體平衡方程,求出第i 個(gè)時(shí)段內(nèi)全部節(jié)點(diǎn)的位移增量{Δδ} ( i) [ Kφ] ( i) {Δδ} ( i) = {ΔF} R( i) ( 6 )

　　⑥通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣將{Δδ} ( i) 轉(zhuǎn)換成局部坐標(biāo)系下各單元的{Δδ} e′( i) ,求解出實(shí)際的節(jié)點(diǎn)力增量,并與時(shí)段初的節(jié)點(diǎn)位移和節(jié)點(diǎn)力相加, 即可得到該時(shí)段末的節(jié)點(diǎn)位移和節(jié)點(diǎn)力。

3. 3 　程序計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值的對(duì)比

　　表6 為徐變變形的程序計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值之比。彈性變形的程序計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值的誤差在5 %以內(nèi),徐變變形的差值在15 %以內(nèi),吻合較好。

4 　長(zhǎng)期變形設(shè)計(jì)建議

　　在我國(guó)的鐵路規(guī)范中, 沒(méi)有明確給出長(zhǎng)期變形的計(jì)算公式。對(duì)于使用階段的受彎構(gòu)件, 公路規(guī)范中采用短期撓度值乘以長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù)ηθ 來(lái)考慮荷載的長(zhǎng)期效應(yīng)。該方法作為一種簡(jiǎn)化的計(jì)算方法,只能計(jì)算出長(zhǎng)期變形的終值,不能得到時(shí)隨變化值,且忽略了受壓鋼筋配筋率的影響。美國(guó)規(guī)范ACI 318 —02 引入了時(shí)隨影響系數(shù)和受壓區(qū)鋼筋配筋率兩個(gè)參數(shù), 通過(guò)增大系數(shù)來(lái)計(jì)算長(zhǎng)期變形

　　式中,ξ為時(shí)隨影響系數(shù),當(dāng)時(shí)間為5 a 或5 a 以上時(shí),ξ= 2. 0 ; 12 個(gè)月時(shí),ξ= 1. 4 ; 6 個(gè)月時(shí),ξ= 1. 2 ; 3 個(gè)月時(shí),ξ= 1. 0 ;ρ′為跨中截面受壓區(qū)鋼筋配筋率。

　　國(guó)內(nèi)外已有的研究成果表明, 除了環(huán)境和施工工藝等方面因素的影響以外, 城市輕軌預(yù)應(yīng)力混凝土軌道梁長(zhǎng)期變形的主要影響因素包括:混凝土種類、預(yù)應(yīng)力筋張拉方式以及截面上下緣應(yīng)力差等?；谠囼?yàn)研究和時(shí)隨有限元分析結(jié)果,本文借鑒ACI 318 —02 的表達(dá)形式,對(duì)長(zhǎng)期變形增大系數(shù)的計(jì)算式進(jìn)行了修正,見(jiàn)式( 8 ) 和式( 9 ) 。由表7 中的對(duì)比結(jié)果可知,修正后的計(jì)算結(jié)果精度較高,與試驗(yàn)值吻合較好。

　　式中,ω為影響系數(shù);κ1 為混凝土種類影響系數(shù), 普通混凝土取1. 55 ,高性能混凝土取1. 45 ;κ2 為預(yù)應(yīng)力筋張拉方式影響系數(shù), 1 次張拉時(shí)取1. 2 , 2 次張拉時(shí)取1. 0 ;μ為梁跨中截面上下緣應(yīng)力差Δσ影響系數(shù), 當(dāng)Δσ≤1. 5 MPa 時(shí),μ= 1. 0 , Δσ≥10. 0 MPa 時(shí),μ=1. 4 ,中間應(yīng)力差的影響系數(shù)值可按直線內(nèi)插法取用;ξ的含義及取值同式( 7 ) 。

5 　結(jié)論

　　對(duì)4 根1 ∶5 城市輕軌預(yù)應(yīng)力混凝土軌道梁模型進(jìn)行500 d 的長(zhǎng)期性能試驗(yàn)研究,并基于齡期調(diào)整有效模量法編制了步進(jìn)法時(shí)隨有限元分析程序,實(shí)現(xiàn)了軌道梁徐變變形的時(shí)隨全過(guò)程分析。主要結(jié)論為:

　　(1) 梁跨中截面的徐變變形和徐變應(yīng)變?cè)陬A(yù)應(yīng)力筋張拉和施加二期恒載后的初期增長(zhǎng)幅度較大,30 d的徐變變形約為堆載前最大變形的87 %,500 d 內(nèi)最終變形增量在1. 75 mm 以內(nèi), PC25 的曲率終值為0. 395 ×10 - 6mm- 1 。

　　(2) 預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)變?cè)谑┘佣诤爿d以前的變化速度較大,80 d 時(shí)達(dá)到500 d 總應(yīng)變變化量的60 %;在施加二期恒載后,變化平緩,500 d 的總應(yīng)變值約為380 ×10 - 6 。鋼筋的應(yīng)力在預(yù)應(yīng)力筋張拉后初期增長(zhǎng)速度較快,100 d 達(dá)到最大值的45 % ,之后雖有5 MPa左右的波動(dòng)幅值,但總體趨于平緩。

　　(3) 采用高性能混凝土,徐變變形和徐變應(yīng)變可分別減少12. 8 %和11. 5 %。

　　(4) 降低梁體上下緣應(yīng)力差可減緩徐變的增長(zhǎng)速度,具有較小截面應(yīng)力差的PC25 ,與PC21 相比,二者500 d 內(nèi)的徐變變形的比值為0. 804 ∶1 ,徐變應(yīng)變的比值為0. 957 ∶1 。

　　(5) 環(huán)境對(duì)于普通混凝土梁和高性能混凝土梁徐變的影響規(guī)律基本相似,當(dāng)溫度升高或相對(duì)濕度降低時(shí),徐變變形和徐變應(yīng)變值均增大。當(dāng)溫度穩(wěn)定時(shí),普通混凝土梁的徐變變形較高性能混凝土梁對(duì)相對(duì)濕度的變化更加敏感。

　　(6) 提出了城市輕軌預(yù)應(yīng)力混凝土軌道梁長(zhǎng)期變形設(shè)計(jì)建議,可考慮混凝土種類、預(yù)應(yīng)力筋張拉方式、受壓鋼筋配筋率以及梁跨中截面上下緣應(yīng)力差的影響,計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值吻合較好。

　　本文的研究成果為我國(guó)城市輕軌預(yù)應(yīng)力混凝土軌道梁的設(shè)計(jì)與應(yīng)用及相關(guān)規(guī)范的編制提供了技術(shù)依據(jù)和參考數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn):

　　[1] 王其昌. 高速鐵路土木工程[M] . 成都:西南交通大學(xué)出版