铁路预应力混凝土桥梁收宿徐变控制技术探索

刘宝涛

【摘要】随着我国经济的发展，铁路发展越来越快，铁路技术也越来越先进，预应力混凝土桥梁收宿徐变控制技术在铁路中的应用越来越广泛。这就要求我们要不断的创新和探索，本文主要对铁路预应力混凝土桥梁收宿徐变控制技术进行详细说明。

【关键字】铁路；混凝土；徐变；

随着我国经济的发展，铁路发展越来越快，铁路技术也越来越先进，预应力混凝土桥梁收宿徐变控制技术在铁路中的应用越来越广泛

一、铁路预应力混凝土桥梁概述

铁路预应力混凝土桥指的是以预应力混凝土作为上部结构主要建筑材料的铁路桥梁。预应力混凝土桥出现在20世纪30年代，50年代以来不断取得巨大发展，预应力混凝土桥主跨90米，在中、小跨度范围内现已占绝对优势，在大跨度范围内它正在同钢桥展开激烈竞争。它是主要承重结构采用预应力钢筋混凝土结构的桥梁。其优点是

（1）节省钢材，降低桥梁的材料费用；

（2）由于采用预施应力工艺，能使混凝土结构的工地接头安全可靠，因而以往只适应于钢桥架设的各种不要支架的施工方法，现在也能用于这种混凝土桥，从而使其造价明显降低；

（3）同钢桥相比，其养护费用较省，行车噪声小；

（4）同钢筋混凝土桥相比，其自重和建筑高度较小，其耐久性则因采用高质量的材料及消除了活载所致裂纹而大为改进。

除此之外也有一些缺点，例如：自重要比钢桥大，施工工艺有时比钢桥复杂，工期较长。但这些缺点属次要问题，且仍在不断地克服。因此，在20世纪50年代以来所出现的一些新型桥梁中，它的适用范围最广，其发展方向是非常好的。

二、我国预应力混凝土铁路桥梁的发展

我国预应力混凝土铁路桥梁的发展大体上经历了如下几个阶段：

1、 第一阶段，从1950到1956年，我国预应力混凝土桥梁发展刚刚起步，1951年，铁道部做出了跨度16米以及16米以下的桥梁应采用普通钢筋混凝土代替钢梁结构的重要决定，1954年铁路部提出发展更大跨度的混凝土桥梁进一步取代钢梁结构的要求。1955年顺利完成了跨度为12米的预应力混凝土试验桥梁的试制和研究工作。从1956年起，大力发展预应力混凝土桥梁建设阶段。

2、 第二阶段，从1956年到1965年，预应力混凝土桥梁逐步取代32米以下的钢梁。

3、 第三阶段，1965年以后，进入了预应力混凝土梁的改进与提高发展阶段。在这个阶段，预应力混凝土的改进与提高取得了巨大成果，具体表现如下：A、各种张力体系的扩大使用并逐步向大队过渡。B、材料品种的多样化。C、打破了几十年来预应力混凝土桥梁跨度始终在32米以下停滞不前的局面。D、由简支梁扩大到连续梁，而且还上升为标准设计。E、截面形式的多样化。F、无渣桥面预应力混凝土桥梁的应用。G、由分片式向纵向多片式、横向分段式或整孔式的演变。H、直线配筋、折线配筋先张法预应力混凝土桥梁的设计与推广。

总之，近50年以来，我国中小跨度铁路桥梁的发展取得的巨大成就，在我国铁路建设中起到了重要作用。

预应力混凝土梁的优点：预应力混凝土构件可延缓混凝土构件的开裂，提高构件的抗裂度和刚度，高强度钢筋和高强度混凝土的应用，可取的节约钢筋、减轻构件自重的效果，且承载力不变。

三、混凝土收缩徐变的定义

混凝土是以水泥为主要胶结材料，拌合一定比例的砂、石和水，有时还加入少量的添加剂，经过搅拌、注模、振捣、养护等工序后，逐渐凝固硬化而成的人工混合材料。各组成材料的成分、性质和相互比例，以及制备和硬化过程中各种条件和环境因素，都对混凝土的力学性能有不同程度的影響。所以，混凝土比其它单一性结构材料（如钢、木等）具有更为复杂多变的力学性能，但它却是工程中最常用的建筑材料之一。 混凝土的收缩是指混凝土体内水泥凝胶体中游离水蒸发而使本身体积缩小的一种物理化学现象，它是一种不依赖于荷载而与时间、气候等因素有关的干燥变形。混凝土的收缩应变值超过其轴心受拉峰值应变（，tp）的 3～5 倍，成为其内部微裂缝和外表宏观裂缝发展的主要原因。混凝土的徐变是指在持续荷载作用下，混凝土结构变形将随时间增长而不断增加的现象。徐变在加载初期发展较快，而后逐渐减慢，其延续时间可达数十年。混凝土结构在受拉、受压、受弯时都会产生徐变，并且最终趋于收敛的极限徐变变形一般要比瞬时弹性变形大 1～3 倍。因此，在混凝土结构设计中徐变是一个不可忽略的重要因素混凝土的收缩是指混凝土在硬化过程中所发生的体积变化。

四、混凝土收缩徐变对桥梁结构的影响

总的来说，收缩徐变对结构或构件的影响主要表现在以下几个方面： （1）结构在受压区的徐变和收缩将引起变形的增加； （2）偏压柱由于徐变使弯矩增加，增大了初始偏心，降低其承载能力； （3）预应力混凝土构件中，收缩和徐变导致预应力损失； （4）结构构件表面，如为组合截面，收缩和徐变引起截面应力重分布； （5）超静定结构，引起内力重分布； （6）收缩使较厚构件的表面开裂。

五、影响徐变收缩的因素

混凝土的徐变是在应力作用下产生的，而混凝土收缩的产生则与应力无关。徐变、收缩虽各有自身的特点，但他们都可以与混凝土内水化水泥浆的特性联系起来。化学成分截然不同的水泥制造的混凝土，所反映的徐变、收缩性能并没有本质上的差异，这说明徐变、收缩的机理在于混凝土水化水泥浆的物理结构，而不在于水泥的化学性质。 关于混凝土收缩的原因及机理可归纳为：

（1）自发收缩：自发收缩是在没有水分转移下的收缩，是一种因水泥水化产生的固有收缩，其根本原因是由于水泥水化物的体积小于参与水化的水泥和水的体积。自发收缩对于普通混凝土而言，由于远小于干燥收缩对总缩量的影响，所以不予考虑，对于高强混凝土而言，由于具有较高的水泥含量，自生收缩对总缩量的影响较大，所以应予考虑。例如：早期水泥水化所产生的自生收缩，应予以考 虑；

（2）干燥收缩：干燥收缩的原因是混凝土内部水分的散失，但是需要指出的是，干燥开始时自由水的损失是不会引起混凝土的收缩的，干燥收缩的主要原因是吸附水的消失；

（3）碳化收缩：这是由混凝土中的水泥水化物与空气中的二氧化碳发生化学反应而产生的。 关于徐变的机理，美国混凝土学会209委员会在1972年的报告中将其分为：（1）在应力和吸附水层润滑的作用下，水泥胶凝体的滑动或剪切产生的粘稠变形； （2）应力作用下，由于吸附水的渗流或层间水转动引起的紧缩； （3）水泥胶凝体对骨架弹性变形的约束作用所引起的滞后弹性应变；

（4）局部发生微裂、结晶破坏及重新结晶与新的连结所产生的永久变形。 根据混凝土徐变收缩的机理及原因，影响混凝土徐变与收缩的因素主要包括构件性质（材料性质、构件几何性质、制造养护）、环境条件（温度、湿度、环境介质）和荷载条件（加载历史和荷载性质）

总之，混凝土收缩与徐变，是混凝土桥梁结构设计计算中的一个重要内容。徐变、收缩对混凝土桥梁的影响，时间跨度长且与结构形式、构件截面组成方式，以及施工方法等因素有关。根据目前的试验与理论研究水平，估算的徐变与收缩一般有15%—20%的偏差。影响混凝土徐变、收缩的因素众多，其机理在于混凝土水化水泥浆的物理结构。徐变、收缩有许多相同的影响因素，但收缩与混凝土的外加应力无关则区别于徐变。表达徐变、收缩随时间发展的数学模型不是唯一的，并且会随着研究的深入不断改进。