客运专线预制箱梁终张拉弹性上拱度研究

李 松

(中铁二局集团有限公司 新运公司，四川 成都 610031)

随着我国客运专线铁路的大力发展，工程中大量采用了后张法预应力混凝土简支箱梁。该箱梁终张拉阶段弹性上拱度是生产过程中一个重要的监测参数，是箱梁预拱度设置的重要依据。为揭示弹性上拱度的实际情况，本文结合客运专线无砟轨道后张法预应力混凝土32 m简支箱梁(通桥(2008)2322A—Ⅱ)，对5孔箱梁终张拉全过程进行监测，并进行了有限元分析，为预拱度设置提供了基础数据和理论依据［1-2］。

1 终张拉上拱度的监测

1.1 监测方法与过程［3］

通过监测箱梁在终张拉过程中位移的变化，可以了解梁体上拱度的发展情况。终张拉工序开始前在梁体底部两侧的支点及跨中位置分别设置百分表，预留20 mm左右的读数空间，记录下初始读数。终张拉作业开始后，每进行一组钢束张拉，对百分表读数作一次记录，直到完成所有钢束的张拉。终张拉工序完成后待百分表基本没有变化后采集最后一组数据，见图1。本次监测的对象为客运专线无砟轨道后张法预应力混凝土32 m简支箱梁(通桥(2008)2322A—Ⅱ)，二期恒载为120～140 kN/m，实测锚杯喇叭口摩阻平均为6%，管道偏差系数 k=0.002 15，管道摩擦系数 μ=0.57。

1.2 张拉工艺

图1 终张拉监测试验

客运专线预应力混凝土32 m简支箱梁的张拉过程采用应力、应变双控制，预施应力值以油压表读数为主，用预应力筋伸长值进行校核。预施力应采用两端同步张拉，并左右对称进行，最大不平衡束不应超过1束。张拉至钢束设计控制应力，持荷5 min。在持荷状态下，如发现油压下降，应立即补至张拉控制应力。钢束布置见图2，终张拉顺序为:

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软件对32 m简支箱梁进行有限元分析［4-5］。全桥共划分为34个单元，支点处和跨中位置形成节点。梁体终张拉在存梁台位上进行，边界条件按实际情况设置。

2.2 预应力荷载的设置

在钢束设置时，钢束的预应力损失按实测的锚杯喇叭口摩阻、管道偏差系数及管道摩擦系数考虑。施工阶段模拟时，将钢束的张拉顺序设置到荷载组上，即每组钢束张拉步骤设置一个荷载组，在施工阶段荷载设置时即可通过激活、钝化荷载组的方法对张拉顺序进行模拟。

2.3 有限元分析结果

通桥(2008)2322A—Ⅱ32 m简支箱梁规定了四种二期恒载，分别为100～120 kN/m，120～140 kN/m，140～160 kN/m和160～180 kN/m，不同的二期恒载钢绞线根数略有不同。用有限元的方法分别对四种情况下的终张拉弹性上拱度进行了计算，四种二期恒载下终张拉弹性上拱度分别为12.73 mm，13.25 mm，13.75 mm和13.95 mm。

图2 预应力布置(单位:mm)

3 数据分析

将监测过程的数据与有限元分析的数据进行对比，分析结果见图3和表1。结果表明，监测过程的数据与有限元的数据偏差不大，终张拉弹性上拱值最大的偏差为4.04%。从图表中可以看出，监测数据比有限元数据要小，原因是实际混凝土强度及弹性模量比有限元分析采用的理论值要大。实际梁体的刚度较大，由此可以认为有限元分析的数据为弹性上拱度的上限值。张拉过程中上拱度偏差较大，是因梁体伴随着预应力扩散始终在上拱，而每一步上拱的值比较小，造成相对误差较大。

图3 张拉顺序与上拱度关系曲线

4 结论

对客运专线预制箱梁终张拉过程进行了全过程位移监测与有限元分析。结果表明，在100～120 kN/m，120～140 kN/m，140～160 kN/m，160～180 kN/m 4种二期恒载下箱梁终张拉弹性上拱度分别为12.73 mm，13.25 mm，13.75 mm和13.95 mm，有限元分析结果与监测数据比较吻合，最大偏差为4.04%。施工预拱度设置时终张拉弹性上拱部分可按该数据考虑。

表1 累计位移的计算值和监测结果比较

［1］宁贵霞，孔德艳，蔺鹏臻，等．双线铁路整体 PC箱梁上拱度分析［J］．铁道学报，2007，29(6):123-125．

［2］周冰，张艳芳，王毅明．后张法预应力简支梁起拱度计算及施工应用［J］．铁道建筑，2007(3):11-13．

［3］翟静阳．铁路客运专线900 t箱梁静载弯曲试验浅析［J］．交通科技，2008(4):96-98．

［4］赵曼，王新敏，阎贵平，等．整体式箱梁张拉过程的仿真分析［J］．西安建筑科技大学学报(自然科学版)，2006，38(4):564-568．

［5］杨鹰，孙远，盛兴旺，等．高速铁路混凝土箱梁空间力学特性分析［J］．桥梁建设，2007(3):27-29．