上海市軌道交通明珠線橋梁徐變的測試分析
摘 要 采用理論計算與現場實測相結合的方法,在上海市軌道交通明珠線的高架橋橋梁主體結構竣工后到澆注承軌臺之前的這一時段對實橋的徐變變形進行觀測、分析,從而對澆注承軌臺的徐變變形終極值作出估算,并對后期工程的實施提出指導意見。
關鍵詞 軌道交通,高架橋,預應力混凝土橋,徐變
上海市軌道交通明珠線全線高架橋總長21. 5 km , 其中90 % 以上是預應力混凝土梁,包括預應力混凝土簡支梁橋、預應力混凝土連續箱梁橋以及四座節點大橋等。高架橋上采用無碴、剛性軌下基礎和無縫線路的軌道結構。這種結構穩定性好,養護工作量小,但軌道結構的可調整量相對較小(僅為40 mm) ;扣除施工誤差后,在運行階段用于線路平順性的調整量更是有限。
明珠線這樣規模的長大高架橋是國內第一次建造。為了避免橋梁過量徐變值引起線路調整的困難,乃至影響明珠線行車的舒適性和安全性,有必要在設計階段和施工階段進行徐變控制。
1 徐變機理
混凝土徐變是指混凝土在應力不變時,其應變隨時間而持續增長的特性。徐變的終極值可達初始彈性變形值的幾倍。持續荷載卸除后,立即產生彈性恢復,并伴有少量的徐變恢復。
假定結構內任意點上的應力在計算時間歷程
(t -τ) 內為常值,則結構內任意點K在時刻t 的
總應變為:
Δk =δk +φ(t,τ)δk (1)
式中:δk 為結構彈性變形;φ(t,τ) 為加載齡期為
τ、計算齡期為t 時的混凝土徐變系數。其中,結構的徐變變形為φ(t,τ)δk。
根據我國《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTJ023 —85) 所采用的公式: φ(t,τ)=βa(τ)+0.4βd(t -τ)+
φf[βf(t) -βf(τ)] (2)
設ti為計算時刻,則ti-1 收縮引起的應變增量為: Δσcs(ti ,ti-1)
Δεcs(ti,ti-1)= E(ti-1)
至ti時間內由徐變與
(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 測量技術要求
為了驗證徐變的理論計算結果,指導后期的施工,選定了一般地段的標準梁式(跨度為30～35 m 的預應力混凝土簡支梁)4 處、跨越主要道路的橋梁(34 + 52 m + 34 m 、30 m + 45 m + 45 m + 30 m 的預應力混凝土連續箱梁)6 處、四座節點大橋(如中山西路橋,80 m + 112 m + 80 m) 作為測試梁。
1) 測點布設:所有的測試梁均在每孔支座及跨中的截面位置沿上、下行線及橋軸線布設9 個測點,大跨度梁還在中孔L/4 跨截面處加設6 個測點。
2) 測量內容:以支座截面的1 號點為基準,測出各截面其余第i 點的相對高程。
3) 觀測釘的制作:以普通Ф16 鋼筋制作,頭部刻出十字線,并加工成半圓球型。觀測釘高出梁頂面6 cm , 預焊在梁體鋼筋上。
4) 觀測周期:預應力張拉或體系轉換完畢后當天觀測第1 次,第10 天測第2 次,以后每隔10 天測1 次,至第90 天測第10 次;承軌臺施工完畢后測第11 次;在承軌臺施工完畢后的第10 、30 、50 、70 、90 、110 、130 、150 、200 、250 、300 、400 、600 、800 、1000 天分別再各測1 次,共計觀測26 次。
5) 測量時間段:為避免溫度應力的影響,測量宜在日出前半小時內完成。
6) 精度要求: ① 用DS1 精密水準儀及配套精密水準尺測高程,施測精度±0. 1 mm , 前后視距差≤±1. 0 m ; ② 用測距儀、全站儀測距離,不得低于±(3 + 2 ×10-6 ×D) mm 的標稱測距精度; ③ 全站儀工作時,要觀測、記錄溫度和氣壓,作氣象改正; ④ 水準儀測量視距≤50 m 。
3 理論值與實測結果的比較
3. 1 預應力混凝土簡支梁
4 孔L = 30 m 預應力混凝土簡支梁的徐變變形實測值與理論計算值的比較結果如圖1 所示。從圖可知,理論計算值與實測結果在變化趨勢和數值上基本吻合。可以考慮在承軌臺施工后的后期徐變終極值采用理論計算值, 且該值不超過3 mm 。建議承軌臺施工時只計預留彈性變形即可。
圖1 L = 30 m 預應力混凝土簡支梁的徐變變形
3. 2 預應力混凝土連續梁化趨上基本一致,數值上有差異但相差不大。可以考慮在承軌臺施工后的后期徐變終極值采用理論6 處預應力混凝土連續梁(34 m + 52 m + 34 計算值,且該值不超過4 mm 。建議承軌臺施工時m) 的徐變變形實測值與理論計算值的比較結果如只計預留彈性變形即可。圖2 所示。從圖可知,理論計算值與實測結果在變
圖2 預應力混凝土連續梁的徐變變形
+ 112 m + 80 m) 的徐變變形實測值與理論計算值
3. 3 節點橋(中山西路橋) 的比較結果如圖3 所示。從圖可知,理論計算值與
中山西路3 跨預應力混凝土連續剛構橋(80 m 實測結果在變化趨勢上基本一致,但是數值上有差異;中跨的理論計算值與實測結果基本吻合;邊跨的理論計算值與實測結果相差較大,但均在毫米級。可以考慮在承軌臺施工后的后期徐變終極值仍采用理論計算值。建議承軌臺施工時應預留彈性變形加徐變變形終極值。
圖3 中山西路橋的徐變變形
4 結語
(1) 明珠線的預應力混凝土簡支梁、預應力混凝土連續梁以及節點橋中山西路橋的徐變變形實
測結果與理論計算值在變化趨勢上是一致的,但實測結果的數值略小于計算值。
(2) 明珠線運行兩年來,線路運行狀況良好,說明采用現行設計規范的理論計算值來預估后期徐變值是可行的。
(3) 從明珠線的案例可知,對于預應力混凝土簡支梁和預應力混凝土連續梁,當跨度較小時,在承軌臺施工中只需要預留彈性變形;對于類似中山西路橋這樣較大跨度橋梁的承軌臺施工,必須考慮預留彈性變形加徐變變形終極值。對高架橋的承軌臺施工中無須預留徐變變形終極值的橋跨臨界值這一問題,尚待進一步研究。
參 考 文 獻
1 交通部公路規劃設計院. 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范(J TJ023 -85) . 北京:人民交通出版社,1985
2 建設部綜合勘察研究設計院. 建筑變形測量規程. 北京:中國建筑工業出版社,1998
3 首都規劃建設委員會辦公室. 地下鐵道、輕軌交通工程測量規范. 北京:中國計劃出版社,2000
