上海市轨道交通明珠线桥梁徐变的测试分析
摘 要 采用理论计算与现场实测相结合的方法,在上海市轨道交通明珠线的高架桥桥梁主体结构竣工后到浇注承轨台之前的这一时段对实桥的徐变变形进行观测、分析,从而对浇注承轨台的徐变变形终极值作出估算,并对后期工程的实施提出指导意见。
关键词 轨道交通,高架桥,预应力混凝土桥,徐变
上海市轨道交通明珠线全线高架桥总长21. 5 km , 其中90 % 以上是预应力混凝土梁,包括预应力混凝土简支梁桥、预应力混凝土连续箱梁桥以及四座节点大桥等。高架桥上采用无碴、刚性轨下基础和无缝线路的轨道结构。这种结构稳定性好,养护工作量小,但轨道结构的可调整量相对较小(仅为40 mm) ;扣除施工误差后,在运行阶段用于线路平顺性的调整量更是有限。
明珠线这样规模的长大高架桥是国内第一次建造。为了避免桥梁过量徐变值引起线路调整的困难,乃至影响明珠线行车的舒适性和安全性,有必要在设计阶段和施工阶段进行徐变控制。
1 徐变机理
混凝土徐变是指混凝土在应力不变时,其应变随时间而持续增长的特性。徐变的终极值可达初始弹性变形值的几倍。持续荷载卸除后,立即产生弹性恢复,并伴有少量的徐变恢复。
假定结构内任意点上的应力在计算时间历程
(t -τ) 内为常值,则结构内任意点K在时刻t 的
总应变为:
Δk =δk +φ(t,τ)δk (1)
式中:δk 为结构弹性变形;φ(t,τ) 为加载龄期为
τ、计算龄期为t 时的混凝土徐变系数。其中,结构的徐变变形为φ(t,τ)δk。
根据我国《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ023 —85) 所采用的公式: φ(t,τ)=βa(τ)+0.4βd(t -τ)+
φf[βf(t) -βf(τ)] (2)
设ti为计算时刻,则ti-1 收缩引起的应变增量为: Δσcs(ti ,ti-1)
Δεcs(ti,ti-1)= E(ti-1)
至ti时间内由徐变与
(1 +χ(ti ,ti-1)φ(ti ,
i-1
Δσ(tj)
ti-1)) +[ ∑ E(tj) (φ(ti,tj) -
j=1
φ(ti-1 ,tj)) +Δεs(t,ti-1)] (3)
2 测量技术要求
为了验证徐变的理论计算结果,指导后期的施工,选定了一般地段的标准梁式(跨度为30～35 m 的预应力混凝土简支梁)4 处、跨越主要道路的桥梁(34 + 52 m + 34 m 、30 m + 45 m + 45 m + 30 m 的预应力混凝土连续箱梁)6 处、四座节点大桥(如中山西路桥,80 m + 112 m + 80 m) 作为测试梁。
1) 测点布设:所有的测试梁均在每孔支座及跨中的截面位置沿上、下行线及桥轴线布设9 个测点,大跨度梁还在中孔L/4 跨截面处加设6 个测点。
2) 测量内容:以支座截面的1 号点为基准,测出各截面其余第i 点的相对高程。
3) 观测钉的制作:以普通Ф16 钢筋制作,头部刻出十字线,并加工成半圆球型。观测钉高出梁顶面6 cm , 预焊在梁体钢筋上。
4) 观测周期:预应力张拉或体系转换完毕后当天观测第1 次,第10 天测第2 次,以后每隔10 天测1 次,至第90 天测第10 次;承轨台施工完毕后测第11 次;在承轨台施工完毕后的第10 、30 、50 、70 、90 、110 、130 、150 、200 、250 、300 、400 、600 、800 、1000 天分别再各测1 次,共计观测26 次。
5) 测量时间段:为避免温度应力的影响,测量宜在日出前半小时内完成。
6) 精度要求: ① 用DS1 精密水准仪及配套精密水准尺测高程,施测精度±0. 1 mm , 前后视距差≤±1. 0 m ; ② 用测距仪、全站仪测距离,不得低于±(3 + 2 ×10-6 ×D) mm 的标称测距精度; ③ 全站仪工作时,要观测、记录温度和气压,作气象改正; ④ 水准仪测量视距≤50 m 。
3 理论值与实测结果的比较
3. 1 预应力混凝土简支梁
4 孔L = 30 m 预应力混凝土简支梁的徐变变形实测值与理论计算值的比较结果如图1 所示。从图可知,理论计算值与实测结果在变化趋势和数值上基本吻合。可以考虑在承轨台施工后的后期徐变终极值采用理论计算值, 且该值不超过3 mm 。建议承轨台施工时只计预留弹性变形即可。
图1 L = 30 m 预应力混凝土简支梁的徐变变形
3. 2 预应力混凝土连续梁化趋上基本一致,数值上有差异但相差不大。可以考虑在承轨台施工后的后期徐变终极值采用理论6 处预应力混凝土连续梁(34 m + 52 m + 34 计算值,且该值不超过4 mm 。建议承轨台施工时m) 的徐变变形实测值与理论计算值的比较结果如只计预留弹性变形即可。图2 所示。从图可知,理论计算值与实测结果在变
图2 预应力混凝土连续梁的徐变变形
+ 112 m + 80 m) 的徐变变形实测值与理论计算值
3. 3 节点桥(中山西路桥) 的比较结果如图3 所示。从图可知,理论计算值与
中山西路3 跨预应力混凝土连续刚构桥(80 m 实测结果在变化趋势上基本一致,但是数值上有差异;中跨的理论计算值与实测结果基本吻合;边跨的理论计算值与实测结果相差较大,但均在毫米级。可以考虑在承轨台施工后的后期徐变终极值仍采用理论计算值。建议承轨台施工时应预留弹性变形加徐变变形终极值。
图3 中山西路桥的徐变变形
4 结语
(1) 明珠线的预应力混凝土简支梁、预应力混凝土连续梁以及节点桥中山西路桥的徐变变形实
测结果与理论计算值在变化趋势上是一致的,但实测结果的数值略小于计算值。
(2) 明珠线运行两年来,线路运行状况良好,说明采用现行设计规范的理论计算值来预估后期徐变值是可行的。
(3) 从明珠线的案例可知,对于预应力混凝土简支梁和预应力混凝土连续梁,当跨度较小时,在承轨台施工中只需要预留弹性变形;对于类似中山西路桥这样较大跨度桥梁的承轨台施工,必须考虑预留弹性变形加徐变变形终极值。对高架桥的承轨台施工中无须预留徐变变形终极值的桥跨临界值这一问题,尚待进一步研究。
参 考 文 献
1 交通部公路规划设计院. 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(J TJ023 -85) . 北京:人民交通出版社,1985
2 建设部综合勘察研究设计院. 建筑变形测量规程. 北京:中国建筑工业出版社,1998
3 首都规划建设委员会办公室. 地下铁道、轻轨交通工程测量规范. 北京:中国计划出版社,2000
