高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁分析试验研究

硕士学位论文

高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁分析试验研究

姓名：武凤远申请学位级别：硕士专业：桥梁工程指导教师：马坤全;杨建中

20090501

摘要摘要目前，我国高速铁路设计时速为３５０ｋｍ，速度目标值较高，对线路轨道平顺性，线下基础设施要求更加严格。高速铁路、客运专线行车要求其下部结构物具有较大的抗弯和抗扭刚度。先、后张预应力混凝土简支箱梁具有受力简单、明确、形式简洁、外形美观、抗扭刚度大，建成后的桥梁养护工作量小以及噪声小等优点，得到了广泛应用。本文对高速铁路、客运专线中应用广泛的预应力混凝土简支箱梁进行了从设计、施工、科研试验多角度的分析，包括对常用跨径的设计原则、材料、结构形式、动力特性分析、动力验算指标、结构尺寸优化、结构各项指标、徐变预拱度的控制、耐久性设计及施工架设等问题进行了较为全面的分析和归纳；对预制和安装过程中张拉台座的设计与施工，张拉横梁施工、预应力张拉与控制、预制工艺、吊装、运输和架设进行的全面的总结和归纳；对制造中的工艺试验、检测试验和静载弯曲试验进行分析，得到关于箱梁的制造工艺、设计以及结构静力使用性能的结论。然后通过对先、后张法对比计算分析，理论联系实际，达到了优化设计，指导施工的目的，为高速铁路预应力混凝土简支箱梁设计制造质量提供了保证，也为我国高速铁路大规模采用预应力混凝土简支箱梁提供了较为成熟的经验。关键词：客运专线，高速铁路，预应力混凝土，箱梁，试验——＿————＿ｌ——＿———－———＿——＿－＿——●———●———●——————————－—●—一＿一ＡＢＳＴＲＡＣＴＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｄｅｓｉｇｎｍａｘｉｍｕｍｓｐｅｅｄｏｆｈｉｇｈｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙｉｎＣｈｉｎａｈａｓｂｅｅｎ３５０ｋｍ／ｈ，ｉｔｉｓＳＯｈｉｇｈｔｈａｔｔｈｅｒｉｄｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｕｎｄｅｒｌｉｎｅｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｂｒｉｄｇｅｉｓａｒｅｒｅｑｕｉｒｅｄｔｏｂｅｍｏｒｅｓｔｒｉｃｔ．Ｆｌｅｘｕｒａｌａｎｄｔｏｒｓｉｏｎａｌｒｉｇｉｄｉｔｙｏｆｔｈｅｕｎｄｅｒｌｉｎｅ．．ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｅｘｐｅｃｔｅｄｔｏｂｅｌａｒｇｅｒｉｎｔｈｅｐａｓｓｅｎｇｅｒｓｐｅｃｉａｌｌｉｎｅａｎｄｈｉｇｈ．ｒａｉｌｗａｙ．Ｐｒｅ－ｔｅｎｓｉｏｎｅｄａｎｄｐｏｓｔ－ｔｅｎｓｉｏｎｅｄｐｒｅｓｔｒｅｓｓｉｎｇｃｏｎｃｒｅｔｅｓｉｍｐｌｅ—ｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｏｘｇｉｒｄｅｒｈａｓｌｏｔｓｏｆａｄｖａｎｔａｇｅｓ，Ｓｕｃｈａｓｕｎｄｅｒｂｒｉｅｆｌｙｍｅｃｈａｎｉｃｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｓｉｍｐｌｅｆｏｒｍｓ，ｇｏｏｄａｐｐｅａｒａｎｃｅ，ｌａｒｇｅｔｅｎｓｉｏｎｒｉｇｉｄｉｔｙ，ｌｅｓｓｍａｉｔｅｎａｎｃｅｃｏｓｔａｆｔｅｒｂｕｉｌｔ－ｕｐａｎｄｌｏｗｅｒｎｏｉｓｅ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｏｅｓａｎａｌｙｓｉｓｃｏｎｃｒｅｔｅｏｎｔｈｅｐｒｅ－ｔｅｎｓｉｏｎｅｄａｎｄｐｏｓｔ．ｔｅｎｓｉｏｎｅｄｐｒｅｓｔｒｅｓｓｉｎｇｓｉｍｐｌｅ－ｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｏｘｇｉｒｄｅｒａｔｔｈｅｖｉｅｗｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｄｅｓｉｇｎｉｎｇａｎｄｏｎｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｒｅｓｅａｒｃｈｔｅｓｔ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｏｖｅｒａｌｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｃｏｍｍｏｎｓｐａｎ，ｍａｔｅｒｉａｌ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎｐｒｉｎｃｉｐｉｅｏｆｆｏｒｍｓ，ｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓ．ｄｙｎａｍｉｃｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｉｎｄｅｘ，ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ｅｖｅｒｙｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｉｎｄｅｘ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｃｒｅｅｐｉｎｇｐｒｅ·ｃａｍｂｅｒ，ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｅｒｃｔｉｏｎ：ｏｖｅｒａｌｌｓｕｍｍａｒｉｚｉｎｇａｎｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎａｂｏｕｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇｂｅｄｗｈｅｎｐｒｅｃａｓｔｉｎｇａｎｄｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｂｅａｍ．ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ，ｔｈｅｔｅｎｓｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆｐｒｅｓｔｒｅｓｓｉｎｇ。ｆｏｒｃｅ，ｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｈｏｉｓｔｉｎｇ，ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎａｎｄｅｒｃｔｉｏｎ；ａｎａｌｙｚｉｎｇｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｅｓｔｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｓｔａｔｉｃ．１０ａｄｂｅｎｄｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｎｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ｇｅｔｔｉｎｇｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｏｆｂｏｘｇｉｒｄｅｒａｔｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｄｅｓｉｇｎｉｎｇａｎｄｓｔａｔｉｃｕｓｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｗｈａｔ’Ｓｍｏｒｅ．Ｍａｋｉｎｇａｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｂｅｔｗｅｅｎｐｒｅ＿ｔｅｎｓｉｏｎｅｄａｎｄｐｏｓｔ４ｅｎｓｉｏｎｅｄｐｒｅｓｔｒｅｓｓｉｎｇｃｏｎｃｒｅｔｅｓｉｍｐｌｅ．ｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｏｘｇｉｒｄｅｒ．Ｔｈｅｏｒｙｗｉｔｈｐｒａｃｔｉｃｅ．Ｉｔｇｅｔｓｔｈｅｅｎｓｕｒｅｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｐｔｉｍｉｚｅｄａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｇｕｉｄｅｄａｎｄｑｕａｌｉｔｙｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｄｅｄｉｇｎｏｆｐｒｅ．ｔｅｎｓｉｏｎｅｄａｎｄｐｏｓｔ－ｔｅｎｓｉｏｎｅｄｐｒｅｓｔｒｅｓｓｉｎｇｃｏｎｃｒｅｔｅｓｉｍｐｌｅ－ｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｏｘｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅｕｓｅｇｉｒｄｅｒ．Ｗｈａｔ’Ｓｍｏｒｅ，ｉｔｐｒｉｖｉｄｅｓｍｏｒｅｒｉｐｅｏｆｐｒｅｓｔｒｅｓｓｉｎｇｃｏｎｃｒｅｔｅｓｉｍｐｌｅ．ｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｏｘｇｉｒｄｅｒｉｎｔｈｅｈｉｇｈｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙｉｎＣｈｉｎａ．ｎＡｂｓｔｒａｃｔＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｔｈｅｐａｓｓｅｎｇｅｒｓｐｅｃｉａｌｌｉｎｅ，ｈｉｇｈ—ｒａｉｌｗａｙ，ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｉｎｇｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｂｏｘｇｉｒｄｅｒ，ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｔｅｓｔｍ同济大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者繇趴ｔ虱６１—９年多月谜日学位论文版权使用授权书本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。学位论文作者签名：刎年５月蜷日第１章绪论第１章绪论１．１论文选题来源和意义随着国民经济增长，人民生活水平提高，对铁路运输的安全性、时间性、舒适性要求越来越高。为适应国民经济发展的需要，既有铁路提速（客车１６０～２００１（ｍ／ｈ，货车９０ｋｍ／ｈ）、较高速度的客货共线（客车２００３００ｋｍ／ｈ，货车１２０ｋｍ／ｈ）、较高速度的客运专线（客车２５０～３５０ｋｍ／ｈ）的铁路建设新高潮已经拉开序幕。桥上线路与路基上、隧道中的线路不同，由于桥梁结构在列车活载通过时产生变形和振动，并在风力、温度变化、日照、制动、混凝土徐变等因素作用下产生各种变形，桥上线路平顺性也随之发生变化。因此，每座桥梁都是对线路平顺的干扰点。高速铁路客运专线不仅要保证高速运行，更重要的是保证行车安全和乘坐舒适性，要求桥梁设计以剐度控制为主，即：下部结构物具有较大的横向竖向抗弯和整体抗扭刚度。而整孔简支箱梁具有受力简单、明确、形式简洁、外形美观、抗弯和抗扭刚度大，建成后的桥粱养护工作量以及噪音小等优点，在许多国家的高速铁路建设中得到了广泛应用。我国秦沈客运专线和京沪高速铁路中的主力梁型为单双线后张法预应力混凝土简支箱梁，其常用跨度为２０ｍ、２４ｍ和３２ｍ。现阶段时速３５０公里客运专线和时速２５０公里客货混运铁路常用桥梁结构型式包括：整孔简支箱梁、多片式整体Ｔ梁、预应力混凝土连续梁、取线结合梁，高架车站及道岔桥采用的部分月Ⅱ架…。下图为秦沈客运专线各种桥梁类型的比重图。‰＊槌ｐ＾ｆ．Ｈｔｆ－￡ｔｍ￥ｔ＃《々＆＾＊∞女＃％％ｔ目Ｉ普－■■－＿Ｊ■——●■第１章绪论据统计结果，客运专线上大量使用的为跨度３２米简支箱梁，其次为跨度２４米简支箱梁。国家已开工的客运专线上，跨度３２米双线简支箱梁总计约有４９７９３孔，孔‘刳。由于跨度３２ｍ简支箱梁体积大、桥面宽，在设计、施工、运输及架设等方面均缺乏成熟的经验。秦沈客运专线桥梁建设过程中对整孔箱梁预制工艺进行跨度２４米简支箱梁约１８９２孔，双线结合梁约１３５０孔，单线箱梁约２９６相关试验研究，取得了部分成果，为客运专线铁路整孔简支箱梁的设计、施工积累了一定的经验，但预制梁最大跨度仅为２４ｍ，设计时速２５０公里的３２ｍ有碴轨道双线整孔简支箱梁的预制和架设尚属首次。同时，为了提高桥梁的耐久性，预制梁将主要采用高性能混凝土。由于高性能混凝土在我国客运专线建设中广泛应用尚无先例，因此，采用高性能混凝土后预制梁的施工工艺需要进一步研究确定。为此，铁道部建设司、科技司设立“目标时速２００－－－２５０公里客运专线（兼顾货运）铁路２４ｍ、３２ｍ简支箱梁试制、试验＂科研项目，由合宁铁路有限公司、中铁工程设计咨询集团有限公司、铁道科学研究院、中铁二局共同承担时速２５０公里２４ｍ、３２ｍ简支箱梁的试制、试验和合理工艺研究等任务。因此通过对高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁的设计、试验、计算分析和先、后张法进行计算分析对比等研究分析，达到验证设计、检验施工工艺、完善技术条件等目的。１．２国内外研究现状１．２．１国内研究现状纵观世界轨道交通，就是不断创新、不断发展，不断提高列车运行速度，以满足社会、经济发展的需要。１９６４年１０月１日，世界第一条高速铁路建成通车。目前，世界上已经建成的高速铁路达７０００余公里。高速铁路成为世界铁路的发展方向。２００３年，中国铁道部对铁路现状进行研究分析，得出了中国铁路不能适应国民经济和社会发展的需要；中国铁路运输成为国民经济发展瓶颈的重大结论。经过认真研究、充分论证，中国铁道部编制了中国铁路史上第一个《中长期铁路网规划》（如下图）。２００４年１月经中国国务院审议通过。２第１章绪论规划明确提出：要扩大路网规模，完善路网结构，提高路网质量；要快速扩充运输能力，快速提高装备水平。规划了四纵、四横客运专线和环渤海、长江三角洲、珠江三角洲地区的城际轨道交通系统［卜３］。“四纵＂客运专线北京一上海客运专线北京一武汉一广州一深圳客运专线北京一沈阳一哈尔滨（大连）客运专线杭州一宁波一福州一深圳客运专线“四横”客运专线徐州一郑州一兰州客运专线杭州一南昌一长沙客运专线青岛一石家庄一太原客运专线南京一武汉一重庆一成都客运专线城际客运系统环渤海地区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区的城际客运系统，覆盖区域内主要城镇。目前中国开工建设的客运专线共有１９条。石太、武广、京津、郑西、甬台温、温福、福厦、合武、合宁、广深港、广珠、胶济、京沪、哈大、７海南东环、昌九、长吉、京石等客运专线。３第１章绪论●一ｔ．’；；ｏ娃ｋ：．擘●’ｎ，，．、～。／蕊厂●；；，：；：，；。Ｊ一第１章绪论先张梁方面，我国从１９５８年开始研究和试制先张梁，但由于配筋形式采用直线配筋，常用先张梁最大跨度局限于２０ｍ以下。２００１年由中铁咨询（铁道专业设计院）主持，完成了折线配筋先张法预应力混凝土Ｔ梁的设计与制造工艺研究，取得了一定的数据和经验。随着现代铁路建设中对桥梁结构耐久性要求的提高，先张梁的优势更加明显埘。随着我国桥梁建设技术的不断进步，目前国内高速铁路和高速公路桥梁（特别是跨海大桥）正朝“整体预制、运输和架设”的方向发展。国内已建成的秦沈客运专线和东海大桥的大体积箱梁也首次设计使用了整体预制、运输、架设技术，其中，秦沈客运专线的箱梁为２０ｍ和２４ｍ两种，最大重量达５７０吨，箱梁运架施工的难度均较小，且在国外有完全相同的施工技术可借鉴；而东海大桥的箱梁为６０ｍ和７０ｍ两种，最大重量达约２０００吨，其施工方案系采用浮吊安装［４－５］。我国高速铁路大吨位箱梁运架设备的研制自１９９８年伴随着秦沈客运专线的建设而展开。秦沈客运专线桥梁设计大量采用了２０ｍ、２４ｍ双线和单线单箱整体预制箱梁，在施工中集中了国内自行研制及进口的最先进的架梁设备，就其工作原理，可分为步履式架桥机、下导梁式架桥机、运架一体式架桥机，主要型号有ＤＦ４５０型、ＹＪ一５５０型、ＪＱ６００型和ＳＰＪ４５０／３２型，这些运架设备的最大施工能力达６００吨级Ｈ嘲。１．２．２国外研究现状在先张梁方面，国外先张梁的应用比较广泛，在高速铁路的桥梁建设中均采用了先张梁结构。前苏联设计过的先张梁最大跨度达到了６９．２ｍ，其定型设计为１５．８ｍ－－－３３．５ｍ，１９６０年前后美国在公路和铁路桥梁上先后采用了大量先张梁；意大利先张梁最大跨度为３１．２ｍ，为双箱型梁；南韩２５ｍ先张梁为先简支后连续结构，简支状态时跨度为２３．２ｍ，先张预应力筋只承受自重和施工荷载：台湾采用的先张梁为先后混张结构，跨度为２７．５ｍ。在国外，采用折线配筋的放张吨位达５２００ｔ的先张法预应力混凝土简支梁，未见文献报道脚。在国外，箱梁采用整体预制、梁上运输架设的施工技术在２０世纪７０年代就己开始。最早在１９７８年，意大利Ｃａｓｅｒｔａ经Ｎｏｌａ至Ｓａｌｅｒｎｏ的公路桥梁工程，该高速公路桥长２９００ｍ，由９１孔箱梁组成（箱梁长３２ｍ、宽１３ｍ，梁重５２０吨）。类似的实例还有自Ｒｏｍａ到Ｆｅｌａｎｚｅ的高速铁路桥，桥长２５４８ｍ，由１２０孔第１章绪论箱梁组成，桥面宽１１．８ｍ，梁重５４０吨；自Ｒｏｍａ到Ｌｉｖｏｍｏ的高速公路桥，其箱梁重已达８５０吨。上述桥梁均为单幅桥，且桥面宽度较小。自二十世纪９０年代以来，东亚高速铁路建设工程中所使用的大型混凝土箱梁技术及制、运、架设备正在不断发展，韩国东部公司在汉城至釜山高速铁路施工中预制和架设２５ｍ混凝土箱梁３６７孔，箱重６００ｔ，采用６００ｔ轮胎式运梁车，架梁采用引进意大利尼古拉公司７５０ｔ架桥机，每月可制、架２０孔混凝土箱梁哺１。１９８５年修建的全长１２．５公里的巴林海峡大桥（ＢａｈｒａｉｎＣａｕｓｗａｙ）上部结构为５０ｍ跨径的预应力混凝土等高度箱梁，桥梁宽１２．３ｍ，采用整体预制施工，但其架设采用通用型的１４００吨浮吊口１。１．３本文的研究内容和技术路线１．３．１研究的内容通过对高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁的设计、试验、计算分析和先、后张法预应力简支箱梁进行计算分析对比等研究分析，达到验证设计、检验施工工艺、完善技术条件等目的。１．３．２研究的方法和技术路线在对国内外研究现状进行总结的前提下，首先对从箱梁结构分析的受力特点和结构分析方法开始介绍。然后依次总结预应力简支箱梁在高速铁路、客运专线上的设计、预制和安装，并以２５０ｋｍ／ｈ先、后张法预应力混凝土简支箱梁进行举例，加以详细介绍。接着对预应力混凝土简支箱梁进行试验分析，提供数据支撑。最后，以２４ｍ先、后张法预应力简支箱梁为例，分别从两种工况进行对比计算分析，为先、后张法预应力简支箱梁在高速铁路、客运专线上的大规模运用提供计算分析依据。６第２章箱梁结构分析理论第二章箱梁结构分析理论２．１箱形结构特点箱形结构具有良好的结构性能，因而在现代各种桥梁中得到了广泛的应用，其主要优点№１如下：（１）截面抗扭刚度大，结构在施工和使用过程中都具有良好的稳定性；（２）顶板和底板都具有较大的混凝土面积，能有效地抵抗正负弯矩，并能满足配筋的要求，适应具有正负弯矩的结构；（３）适应现代化施工方法的要求，如工厂预制、悬臂施工和顶推法等均需要较厚的底版；（４）承重结构与传力结构相结合，使各部件共同受力，经济效果良好，同时截面效率高，适合预应力混凝土空间布束；（５）对于宽桥，由于抗扭刚度大，跨中无需设置横隔板能达到满意的荷载横向分布；（６）适合于修建曲线桥，具有较大的适应性；（７）由于三向预应力的应用，可采用薄壁、少肋的所谓宽箱截面，以收到更好的经济效果。２．２箱形结构的受力特点及分析方法２．１．１箱形结构受力特点作用在箱形梁上的主要荷载是恒载与活载。恒载一般是对称的，只有在采用顶推施工时，才是非对称的。活载可以是对称的，也可以是非对称偏心的。偏心荷载的作用，使箱形梁既产生对称弯曲又产生扭转。箱形梁在偏心荷载作用下，将产生纵向弯曲、扭转、畸变及横向挠曲四种基本变形状态。如图２－１。７第２章箱梁结构分析理论ｉｉ一啵西图２－１箱形梁在偏心荷载作用下的变形状态箱形梁的纵向弯曲产生竖向变位ｃｏ，因而在横截面上引起纵向正应力Ｏ＂Ｍ和剪应力“。对于肋距较大的箱形梁，由于翼板中剪力滞后的影响，其应力分布将是不均匀的，即近肋处翼扳中产生应力高峰，而远肋板处则产生应力低谷，即“剪力滞效应”。对于肋距较大的宽箱梁，剪力滞效应必须重视。箱形梁的扭转（特指刚性扭转，即受扭时箱形的周边不变形）变形主要特征是扭转角ｏ。箱形受扭时分自由扭转和约束扭转。自由扭转是箱形梁受扭时，截面各纤维的纵向变形是自由的，杆件端面虽出现凹凸，但纵向纤维无伸长缩短，自由翘曲，因而不产生纵向正应力，只产生自由扭转剪应力７置。而当受扭时纵向纤维变形不自由，受到拉伸或压缩，截面不能自由翘曲，则为约束扭转。约束扭转在截面上产生翘曲正应力Ｏ＂Ｍ和约束扭转剪应力７矽。产生约束扭转的原因是：支承条件的约束，如固端支承约束纵向纤维变形；受扭时截面形状及其沿梁纵向的变化，使截面各点纤维变形不协调也将产生约束扭转。如等厚壁的矩形箱梁、变截面梁等，即使不受支承约束，也将产生约束扭转。畸变（即受扭时截面周边变形）的主要变形特征是畸变角Ｙ。薄壁宽箱的矩形截面受扭变形后，无法保持截面的投影仍为矩形。畸变产生翘曲正应力。谢和畸变剪应力‘棚，同时由于畸变而引起箱形截面各板横向弯曲，在板内产生横向弯曲应力％。箱形梁承受偏心荷载作用，除了按弯扭杆件进行整体分析外，还应考虑局８第２章箱梁结构分析理论部荷载的影响。车辆荷载作用于项板，除直接受荷载部分产生横向弯曲外，由于整个弯曲形成超静定结构，因而引起其他各部分也产生横向弯曲。综合箱形截面在偏心荷载作用下产生的应力是：在横截面上：纵向正应力吃２％＋Ｏ＂ｗ＋Ｏ＇ｄｗ翦惠力ｆ２砭＋锄＋锄＋锄在纵截面上：横向弯曲正应力％２％＋吒在预应力混凝土梁上，跨径越大，恒载占总荷载比例就越大。一般由于恒载产生的对称弯曲应力是主要的，而由于活载偏心所产生的扭转应力是次要的。如果箱壁较厚，或沿梁的纵向布置一定数量的横隔板，限制箱形梁的畸变，则畸变应力也是不大的。但对于少设或不设横隔板的宽箱薄壁梁，畸变应力不可忽视，板的横向应力，对于项板、肋板及底板的配筋具有重要意义。２．１．２箱形结构分析方法早期修建的箱形梁一般为中等跨径，采用多箱或单箱多室截面，分析方法沿用荷载横向分布的概念，考虑结构的整体作用。即将箱形截面分割成若干工字形梁来进行计算，不考虑箱形截面的整体抗扭刚度，显然是粗糙的近似方法。后来由于大跨径单箱薄壁箱形梁的修建，方将箱形梁作为受弯受扭的薄壁杆件来进行分析。近年来由于有限元法的发展，又将箱形梁作为折板或壳体。长期以来，国内外学者为解决箱形梁的计算问题，发表了数以百计的学术论文，指出了精确的或实用的计算方法。概括起来，这些计算方法可分为两大类，即解析法和数值法蹭１。（一）解析法箱形梁的受力是一个复杂的结构空间分析问题。为了把问题简化，在解析法中往往采用一些假定和近似处理方法。如将上述作用于箱形梁的偏心荷载分解成对称荷载与反对称荷载（图２—２）。对称荷载作用时，按梁的弯曲理论求解；反对称荷载作用时，按薄壁杆件扭转理论分析；然后将两者计算结果叠加而得。扭转分析又根据截面的刚度区分为截面不变形（刚性扭转）和截面变形（畸变）两种不同情况。采用若干假定，是解析法的另一特点，如对位移模式的假定等。一般步骤是：先假定位移模式；有了位移后，可求得截面上各点的应变和应力；在此基础上，或用力的平衡条件和变形协调条件，或根据变分原理建立控制微９第２章箱梁结构分析理论分方程；解微分方程便得位移和应力。￡Ⅱ一Ⅱ＋Ⅱ甘生甲＋面ｌＰＩ暑ｌＰ乏Ｉ暑ｆ星一图２－２箱形梁偏心荷载的分解剪力滞现象早期在航空机翼设计中就已经引起注意。在土建方面，仅在６０年代末７０年代初国际上发生几起箱形梁重大事故后才引起重视。其分析方法有“加劲板”理论、比拟杆法以及Ｅｌｅｉｓｓｎｅｎ根据能量原理的分析方法等。能量法分析有如下假定：由剪力滞效应产生的翼板中的纵向位移差沿横向按二次抛物线变化。对于这种假定是否符合实际情况，引起许多学者的探讨与研究。同时由于该法只能适用于解简支、悬臂等静定结构的剪力滞效应，应用受到限制。关于箱形梁的扭转分析，苏联学者符拉索夫和乌曼斯基在这方面建立了完整的理论。乌曼斯基于１９３９－－１９４０年基于周边不变形而提出的闭口截面刚性扭转实用理论，武断地假定表示翘曲程度的函数ｐ与扭转角伊相同，以此推导理论公式，即所谓乌氏第一理论。乌曼斯基发表这个理论不久，便发现对于有些杆件会产生相当可观的误差，于是放弃了∥３∥这个假定，认为∥是一个待求的函数，含在盯、ｆ的公式中，从而建立有关公式，即所谓乌氏第二理论。它比第一理论显著地提高了准确度。刚性扭转的第三种理论是１９４８年詹涅里杰和巴诺夫柯根据变分原理提出的一种解法。该法微分方程的解比较精确，但不便实用，几何特征计算较烦，边界条件物流概念不显明，因此人们仍多采用乌氏第二理论。刚性扭转的第四种理论是符拉索夫的广义坐标法。符氏从周边可变形闭口ｌＯ第２章箱粱结构分析理论截面扭转分析出发，根据虚功原理，并令周边变形参数为零导出了周边不变形闭口截面的刚性扭转解析法，将复杂的空间受力转化为一维问题求解。这是一个适用范围很广的分析法，适用于任何支承形式的边界条件，亦可应用于变截面箱形梁的分析。这个方法与有限元相结合的有限段法，可分析薄壁空间曲箱梁，是箱形梁分析方法的新发展。广义坐标法中所需的边界条件不够明确，同时其全部剪应力按虎克定律求得，沿周边按直线分布，是该法的缺点㈣】。对于箱形梁的畸变应力分析，国内外学者做了不少工作。有广义坐标法、等代梁法、Ｋｕｐｆｅｒ法等。各种方法立论互异，繁简不同，计算结果亦颇有出入。近年来精确而实用的弹性地基梁比拟法的出现，使等截面箱形梁的畸变分析得到初步完善。该法应用能量原理导得一个和弹性地基梁挠曲微分方程类似的畸变微分方程，从而可以应用弹性地基梁理论分析箱形梁畸变。由于这种方法具有物理概念清晰、受力分析明确、计算简便等特点，所以得到普遍推广应用。对于变截面箱形梁的畸变应力计算，目前可应用的分析方法很少且不完善。本书所提出的等代梁分析法，具有力学概念清晰、应用简便、能反映刚度变化影响等特点，是一种实用的计算方法。对于荷载作用在箱形梁顶板任意位置，必须考虑局部荷载影响，亦即上述箱形梁的横向弯曲。分析方法有影响面法和框架分析法。影响面法是以弹性变形理论为基础，特别适用于集中荷载的计算。对于腹板间的桥面板，由于所给的影响面是两端固结的板端点影响面，所以应计算不同位置上荷载所引起的固端弯矩，并以此弯矩进行框架分析，确定荷载对截面各部分所引起的局部影响。因此该法计算较为繁琐。而美国当前所推荐的框架分析法是一种颇为简便的方法，但仅限于无伸臂板的双对称箱形梁㈣１。（二）数值法由于电子计算机在工程上应用日益广泛，为箱形梁的结构分析提供了有力的工具。目前使用的有有限元法、有限条法、有限段法等。借助计算机的有限元分析，可以得到箱形截面上全部应力，诸如纵向弯曲应力、扭转翅曲应力、畸变翘曲应力、畸变横向应力以及剪力滞影响和局部荷载应力等。有限条法、有限段法等，有限条法乃根据折板理论，把箱形梁三维空间问题简化成二维问题，可应用于等截面箱形梁的结构分析。而根据广义坐标原理得到的有限段法，将箱形梁的空间分析简化成一维问题求解，使结构分析得到进一步简化，可应用于变截面箱形梁，以及空间曲箱梁的应力分析。Ｍａｒｔｔｉ，Ｊ．Ｍ．将有限段法推第２章箱梁结构分析理论广到能用来计算除了剪力滞效应外几乎所有的力学特征，从而使有限段法得到了进一步完善。表２－１箱形梁各种计算方法的适用情况州ｊ纛≯嘤望方法分析＼简单梁理论约束扭转理论剪力滞后理论弹性地基梁比拟法广义坐标法框架分析法影响面法梁格理论折板理论有限兀法有限条法有限段法壳理论纵向挠曲√自由扭转√约束扭转翘曲√畸变翘曲畸变横向挠曲剪力滞局部影响－√００－√●０√√－√√√ｔ√ｔ－√√ｔ、，√√√－√√√ｔ√－√√√√√√√√√４√－√√１２第３章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁设计、预制和安装第三章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁设计、预制和安装３．１预应力混凝土简支箱梁设计概要我国现阶段高速铁路、客运专线简支箱梁设计研究是在总结秦沈客运专线成功经验的基础上，进一步分析和吸收国外高速铁路成功经验开展的。在设计中，桥梁所占比例较大，总里程较长，从工期、环境、地形、地质条件等各方面的情况决定了桥梁的多样性，在桥梁设计中因地制宜地选择结构形式、施工方法，才能达到最佳的技术经济性能，简支箱梁以其自身特性成为首选梁型㈣。目前我国高速铁路设计时速为３５０ｋｍ，速度目标值较高，对线路轨道平顺性，线下基础设施要求更加严格，要求桥梁必须进行系统工程设计，在车、线、桥共同作用下，保证高速行车条件下列车的安全性及旅客的舒适性；同时结构设计上以提高结构的耐久性、便于运营阶段的养护维修需要等方面对结构进行优化。３．１．１设计原则及设计技术参数（一）线路情况需要考虑的主要因素有：单线还是双线，直线还是曲线，双线的线间距，最小曲线半径。（二）桥面宽度除了考虑到桥面顶宽，还要考虑两侧入行道栏杆内侧净距。（三）设计荷载恒载计算一般包括结构自重和桥面附属设施自重，列车竖向活载纵向计算采用ＺＫ标准活载。列车活载动力系数计算方法如下Ｈ砌：竹２再０．９菰９６＋０．９１３馈——剪力动力系数；鲠２丽１．４９４—１式中：‘一梁计瓤ｍ；式中：～——梁计算跨度，ｍ；第３章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁设计、预制和安装仍——弯矩动力系数。（四）桥面布置形式京沪高速铁路直线上双线有碴桥面布置形式如图３－１所示。其轨下枕底道碴厚度为３５ｃｍ。桥面附属设备包括钢轨、道碴、轨枕、防水层、保护层、人行道板、栏杆、接触网支架等重量，直线梁按１８６ｋＮ／ｍ计算，曲线梁按２０１ｋＮ／ｍ计算。图３－１简支箱梁桥面布置（单位＂ｌｌｌｌ２）（五）其他满足规范规定的限值要求。例如：ＺＫ活载静力作用下，梁体竖向挠度△限值：当跨度Ｌ≤２４ｍ时为Ｌ／１８００；当跨度２４ｍ＜Ｌ≤８０ｍ时为Ｌ／１５００；简支梁竖向自振频率不应低于下列限值：Ｌ耷≤４０ｍ时ｎｏ＝１２０心。３．１．２材料（一）混凝土梁体混凝土Ｃ５０，封端混凝土Ｃ４０，保护层纤维混凝土Ｃ４０。（二）预应力体系预应力筋采用１×７一ｌ５．２０一１８６０－－ＧＢ／Ｔ５２２４—２００３。（三）钢筋Ｉ级钢筋（Ｑ２３５）应符合《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》（ＧＢｌ３０１３），ＩＩ级钢筋（ＨＲＢ３３５）应符合《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》（ＧＢｌ４９９）。１４第３章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁设计、预制和安装（四）防水层高速度对桥梁提出的高耐久性，对防水层及保护层亦提出了更为严格的要求，要保证桥梁结构的耐久性，首先必须保证防水层的材料质量、施工质量及保护层厚度的控制措施。（五）支座采用常用跨度梁配套系列盆式橡胶支座，每孔双线箱梁采用固定支座、纵向活动支座、横向活动支座、多向活动支座各１个。３．１．３主要结构形式现阶段用于正线的高速铁路、客运专线简支箱梁均为双线简支箱梁单箱单室截面，其主要有以下几种类型，如表３－１。按轨道结构形式分为有碴轨道简支箱梁和无碴轨道简支箱梁，按预应力体系分为先张法预应力混凝土简支箱梁和后张法预应力混凝土简支箱梁，按施工方法分为整孔预制法施工和整孔现浇法施工，主要跨度形式有２４、３２、４０、２０（与２４ｍ简支梁等高）、２４ｍ（与３２ｍ简支梁等高），除４０ｍ梁采用整孔现浇法施工外，其余梁形均为整孔预制法施工。本文研究结构类型均为有碴轨道简支梁。表３－１高速铁路简支箱梁主要设计参数ｎ伽梁型全长／ｍ跨度／ｎｌ１９．５２３．５２３．５梁高／ｍ２．４２．４３．Ｏ梁全高／ｍ２．４９ｌ２．４９Ｉ３．０９１顶宽／ｍ１３．４１３．４１３．４底宽／ｍ５．９８５．９８５．７４箱顶宽／ｍ６．７６．７６．７混凝土体积／ｍ３２０５２３９２５５理论梁重／ｔ５３３６２２６６４防水层保护层重／ｔ２９３５３５最大理论吊重（含防水层、保护层＞／ｔ５６２６５７６９９整孔预制箱梁现浇梁２０ｍ２４ｍ２４ｍ２０．６２４．６２４．６（高）３２ｍ３２．６３１．５３．０３．０９ｌ１３．４５．７４６．７３２８８５３４６８９９４０ｍ４０．６３９．１３．５３．０９ｌ１３．４５．５９６．７４２４１１０２５７３．１．４动力特性分析由于桥梁结构在机车、车辆活载下的动力响应分析与车辆性能、轨道平顺性、结构刚度等因素有关，国内４所科研院校在动力特性分析中对多种列车参第３章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁设计、预制和安装数进行分析，最高检算速度按Ｌ２倍设计速度进行。３．１．５动力性能检算指标ｎ卜１２１脱轨系数Ｑ／Ｐｓ０·８轮重减载率ＤＰ／Ｐｏ≤０·６轮轴横向力Ｈ≤８０ｋＮ舒适度指标Ｗ≤２．５为优，２．５＜Ｗ≤２．７５为良，２．７５＜ＷＲ＜３．０为合格车体振动水平加速度ａＬ≤０．１０９车体振动垂直加速度ａＶ≤０．１３９桥梁响应评判标准在单线条件下，对于有碴轨道，桥梁的最大垂向加速度ａｍａｘ≤０．３５９。３．１。６动力检算结果对２４、３２ｍ简支梁与典型墩台配合使用时的动力检算结果如下。当德国ＩＣＥ３动力分散独立式高速列车、法国ＴＧＶ铰接式高速列车、日本５００系动力分散式高速列车和国产高速列车以车速２５０～４２０ｋｍ／ｈ通过桥梁以及先锋号和中华之星列车以车速１６０一－－２７０ｋｍ／ｈ通过桥梁时，轮重减载率、脱轨系数和轮轴横向力均满足要求，即行车安全性满足要求“卜堙１。同时，所有工况下动车和拖车的车体竖、横向振动加速度满足限制要求，除个别工况舒适度为合格外，大部分工况均达到优良或良好，桥梁具有良好的刚度，能够保证列车安全、舒适运行。３．１．７结构尺寸优化（一）梁端支承长度的优化现代桥梁合理的梁端构造除了应满足结构的受力要求外，还必须考虑便于在运营期间的检查、维修，同时应满足各种施工方法实施的可能性。国外高速铁路桥梁中，预应力混凝土标准简支箱梁相邻梁端支座之间距离一般在１．３～２．Ｏｍ。无粘结预应力混凝土槽形梁达到３．２ｍ。高速铁路预应力混凝土简支箱梁梁端主要构造尺寸参数应考虑使用的上支座板纵向尺寸、锚板高度、封锚要求，减少粱端支座构造与锚具的相互干扰，梁端进入孔尺寸要求、顶梁设备移入尺寸，方便对梁体、支座、墩帽的日常检查、维修以及项梁和支座的更换。１６第３章高速铁路、客运专线预应力混凝±简支箱梁设计、预制和安装现浇梁施工时应考虑端模板安装拆除要求、张拉空间、张拉后预应力筋的伸长量、预留压缩量等。而预制箱梁则应考虑施工架设时最大支反力对墩台的影响。综合各种因素，对高速铁路常用跨度预应力混凝土简支箱梁，预制梁支座中心距梁端的距离可取０．５５ｍ，现浇梁支座中心距梁端的距离为０．７５ｍ。（二）梁高秦沈客运专线设计时速２００ｋｍ，梁的高跨比约为１／１２，挠跨比为１／４０００左右，动力仿真计算结果以及试验结果表明，该系列梁的舒适度等各项指标在旅客列车运行速度２００ｋｍ／ｈ时为优良，２５０ｋｍ／ｈ时为良好，但高跨比较小时，如３２ｍ整孔箱梁梁高为２．４ｍ时，其高跨比为１／１３．３，挠跨比为１／３０９５，舒适度等各项指标在旅客列车运行速度为２００ｋｍ／ｈ时已接近低限指标。同时，从秦沈客运专线仿真计算结果，速度高于２５０ｋｍ／ｈ时，列车的舒适度指标均有所降低。国外高速铁路简支箱梁均采用了较大梁高，一般为１／９～ｌ／１１。同时，考虑施工及养护时的操作空间需要，对用量较少的２０ｍ整孔箱梁，梁高采用与２４ｍ梁高一致，满足《京沪高速铁路设计暂行规定》（铁建设［２００３］１３号）对于最小净空的要求以及动力性能的要求，同时在不等跨布置时亦有利于桥梁的整体美观；对于用量较大的２４ｍ整孔箱梁，梁高采用２．４ｍ，在构造净空满足要求并适当增加的同时，满足动力性能要求；对于３２ｍ整孔箱梁，箱内净空构造不再控制梁高，而是以动力性能来控制粱高。经动力仿真分析，３２ｍ梁在梁高为２．８ｍ及３．Ｏｍ时均能满足时速３００ｋｍ的要求，从整体而言，梁高提高能够改善桥梁的动力响应。参考《中法铁路客运专线桥梁合作研究》中有关欧洲高速铁路桥梁刚度要求，京沪高速铁路２０－－－，４０ｍ的简支梁满足列车３５０ｋｍ／ｈ运行速度的要求时，刚度最低应为１／２５００左右挠跨比。正在建设中的台北一高雄高速线要求单线荷载下的桥梁刚度为１／２２００。经比选，３２ｍ梁梁高为３．Ｏｒｅ，４０ｍ梁高由于暂时未进行动力仿真分析，梁高指标主要参考２４、３２ｍ计算结果及《中法铁路客运专线桥梁合作研究》、台湾高铁规定进行分析，暂确定为３．５ｍ。（三）截面形式京沪高速铁路整孔简支箱梁的截面型式为双线单箱单室。双线单箱单室截面形式梁体的横向刚度很大，箱宽的取值对梁体的横向刚度没有决定性的控制作用，而是在满足桥面以上各种构造要求后，根据箱体本身的受力情况而定的。１７第３章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁设计、预制和安装尽管腹板中心线与线路中心线重合时梁体腹板受力最均匀，但这样梁体外悬臂较大，过大的悬臂长度将使悬臂端部的振动增大，因此，应尽量减小桥面横向悬臂板的长度。采用斜腹板时，箱底宽可以设计得相应较小，而到顶部可适当加大，这样不仅减小了梁体对墩台顶帽尺寸上的要求，而且减小了桥面横向悬臂板的长度，整个框架受力是比较均匀的，同时梁体形式比较美观，但模板设计及梁体钢筋的绑扎较直腹扳困难。截面形式对施工方法有直接影响，为简化施工工艺，减少施工程序，结构外型在全梁保持一致，避免先张梁放张以及后张梁初张拉时模板对梁体的约束，便于带模施加预应力；同时减小脱模时混凝土与模板的黏结力。为便于全自动液压内模的应用，改善工人施工条件，梁端隔墙的设置为变截面平顺过渡，避免了截面的突变，而端隔墙的刚度通过加大端隔墙的纵向尺寸来实现，有限元计算结果表明，该种截面形式有效地减小了梁体的应力集中现象。秦沈客运专线整孔简支箱梁的经验证明，斜腹板方案外型美观、脱模方便。同时适当增大腹板坡度，不仅可有效减小墩台横向宽度，而且可有效的减小运梁车与架桥机支腿的干扰。（四）进人孔方案为方便养护维修人员检查维修，设计之初对多种形式进人孔进行方案比选，主要有：（１）底板开洞方式，秦沈客运专线简支箱梁即采用此方式，但此种方式由于底板开洞，箱梁底板预应力筋不能均匀布置，使梁端底板中极易形成横向拉应力区，因此应尽量避免采用此种方案；（２）梁端腹板纵向悬臂方案，此方案在两孔梁之间有较大的操作空间，易于对支座进行检查维修，但要求相邻两孔梁支座间距较大，相应配套墩台构造尺寸较大，同时梁端腹板缝隙较大，对全桥的整体美观不利；（３）梁端底板中部开槽方案，该方案分别在相邻两孔梁的底板中部设置槽口，两个槽口相对形成进人孔，此方案不影响底板预应力筋的布置，对梁端的削弱较小，对结构外型美观影响较小，梁端开槽位置与桥墩顶面设置的槽口相对应，检查维修时可从此处进入梁体，并可进行项梁、支座检查、维修等工作。该方式梁端支座布置与锚具的布置有足够的构造空间，对墩台构造尺寸要求较小。（五）梁端构造影响梁端构造尺寸的因素较多，对整孔简支箱梁不仅要考虑在运营荷载下结构的受力性能，结构的系列化和全桥的外形，还有很多施工控制因素需要考１８第３章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁设计、预制和安装虑，如自动化内模要求的构造空间、项梁及吊梁时要求的隔墙尺寸、施工架设过程中支点的不平整效应等，为最大限度地提供梁端构造空间，对隔墙倒角的构造尺寸进行了多方案比选；但在一定条件下随着箱梁端部截面横向内梗肋逐步加强，其各典型截面应力结果逐渐减小，但应力降低幅度不大，说明各种方案对端部横向拉应力的改善均不明显。因此，设计中应从控制支座不平整量、配置结构抗裂钢筋入手来满足模板制造和施工架设需要。３．１．８结构设计各项指标先后张简支箱梁在设计荷载下结构各种设计指标如下表３－２。表３－２设计荷载下结构各种设计指标ｎ３３抗裂荷载下最大主拉应九｛ＭＰａ梁型／ｍ梁高／ｍ预应力／ｔ基频／Ｈｚ横向刚度竖向刚度强度安全系数（跨中）抗裂安全系数（跨中）运营荷载下跨中下缘最小正应力｝ＭＰａ扣除．自重后预应力上拱度／衄６．２８１１．０９２４３２４０２．４３．Ｏ３．５６．２４１１１．３８５１８．３０９６．５６４．６９３．６７ｌ／１２２５４９２ｌ／６８１２ｌ／５２９４２。１９２．１４２．２３ｌ。５９１．４８１．３８１．５６１．４２１．３７１．７７２．０６２．０１ｌ／５８６８０２ｌ／３２１０８７后张１／４３１１ｌ／ｌＯ１９．６ｌ梁２０２．４３．９７１９，４７１／ｌ９１０１７１７１４ｌ／１０２．２３１．７８１．３８１．６１３．０９２４３．Ｏ４．８５６８．３６１／１２１５７９９９８ｌ２．１１１．７ｌ１．３２１．１９３．３８２４３２２．４３．０５．４２８９．７１９６．５６４．６９ｌ／ｌ２２５４９２ｌ／５８６８０２ｌ／６８６６ｌ／５３９６ｌ／１０２。１６２．１０１．５７１．４５２．２９２．３９ｌ。２２１．２９６．４２１１．７５先张梁２０２．４３．２４６９．４７１／ｌ９１０１７１７８５２．１４１．７２２．０９０．８５３．１５２４３．０４．２９９８．３６ｌ／ｌ２１５７９９ｌ／１１１３３２．１７１．７３２．２０１．１４３．７８１９第３章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁设计、预制和安装３．１。９徐变拱度的控制高速行车对下部结构平顺度要求较高，因此对结构徐变拱度提出了限制要求，即在《京沪高速铁路设计暂行规定》中有碴结构为２０ｒａｍ、无碴结构为ｌＯｍｍ。由于实际制梁时，还要考虑徐变变异系数的影响，目前铁路上预应力混凝土梁实测徐变上拱度的变异系数约为０．３，因此，对残余徐变上拱度应分别按１４ｍｍ和７ｍｍ控制阻１。预应力混凝土梁的徐变拱度主要通过预应力的形状（吻合索）和施工工艺及二期恒载上桥时间来控制。因此为减小最终徐变拱度值，二期恒载上桥时间应适当延长，但由此将造成早期拱度增大，必须根据施工组织情况确定二期恒载上桥时间，确定结构的预拱度和预应力值。３．１．１０耐久性设计在高速铁路桥梁设计中提出了桥梁结构设计寿命为１００年的目标。为提高结构耐久性，主要采取以下措施：采用高性能混凝土，严格控制混凝土配合比及外加剂的掺量与品质，控制混凝土在入模、拆模、蒸气养护、自然养护时的温度指标及养护时间；进行碱活性试验，防止碱骨料反应发生；加大普通钢筋保护层厚度；采用高性能无回缩灌浆材料；加强结构预埋件的防腐处理；提高防水材料标准等。３．１．１１施工架设我国在秦沈客运专线的建设中，大吨位架桥机已经得到了成功应用，架桥机最大架设吨位达到了６００ｔ，取得了宝贵经验：但高速铁路简支箱梁最大吊重为８９９ｔ，秦沈客运专线架桥设备已不能满足高速铁路运架梁需要。因此，在高速铁路箱梁结构设计的同时，国内多家架桥机研制单位已开始进行９００ｔ级高速铁路架桥机的研制，目前多己完成技术设计，能够满足架设３２ｍ双线整孔箱梁的需要。对于４０ｍ简支箱梁，梁重已超过１０００ｔ，因此４０ｍ梁按原位现浇法设计㈨。由于架设吨位的增大，对施工架设时的指标控制更加严格。但各架桥机结构形式不一，对桥梁的作用也各不相同，为保证结构在架设过程中的安全性，必须对所架梁型和所通过的结构进行运梁车及架桥机施工荷载检算。表３－３给出了运架梁时简支箱梁的主要技术参数。２０第３章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁设计、预制和安装；｜＿｜｜释积／ｃｍ２骡ＩＭ强怨攀誉戆２４２４４Ｏ１２ＯＯｌ２５３８Ｏ×４６Ｏ２９７８９４９７９５０００３２３Ｏ４Ｏ１６５Ｏ１２５３８Ｏ×４６Ｏ５Ｏ１４５６３１８６０００２０２４３５ｌ０ＯＯ１２５３８０×４６Ｏ２１６ｌ８４２９９４０００２４３Ｏ４Ｏ１３ＯＯｌ２５３８０×４６Ｏ２９７８９４９７９５０００高速铁路简支箱梁不仅在架设吨位上有较大提高，在动力性能、线形控制、应力、变形等设计指标，耐久性、养护维修等方面也进行了多项改进。３．２预应力混凝土简支箱梁预制和安装概要先张梁制梁台座是先张法预应力箱梁生产工艺的主要工装设备，分为制梁台座和张拉体系两部分。制梁台座由台座基础、导向装置以及模板系统构成。张拉体系包括张拉横梁、传力柱、千斤项、保护支撑构成。台座基础、传力柱定式，并按设计要求设置梁体预留压缩量、反拱量以及端部位移量；张拉横梁按直线预应力筋及折线预应力筋的张拉及放张要求分别设置下横梁及上横梁，张拉横梁采用可移动的钢箱结构。台座总体布置见图３－１。２１３．２．１先张梁张拉台座的设计与施工采用钢筋混凝土结构，制梁模板由底模、侧模和端模构成，侧模和底模采用固第３章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁设计、预制和安装图３—２张拉台座总体布置详图（一）台座基础先张箱梁预应力的张拉、混凝土的灌筑及放张作业均在制梁台座上完成。制梁台座采用Ｃ４０钢筋混凝土结构，由混凝土作业区基础和张拉作业区基础两部分组成。（－－）导向装置导向装置主要由埋入梁体内的一次性使用部分和梁体外重复使用部分组成。埋入梁体内的一次性使用部分包括导向辊、支承侧板、连接螺栓等，梁体外重复使用部分包括连接环、连接销、底座机架、固定轴、滑套、轴夹板、地脚螺栓等。每个导向装置承受折线筋约４０ｔ上拨力。导向装置下部通过长２ｍ、直径巾３６预埋螺栓锚固于底模下的条形基础上，为抵抗上拨力，中部条形基础顶部布置８根巾３２抗拨钢筋增大条形基础抗弯能力。（三）传力柱传力柱采用Ｃ５０钢筋混凝土结构，需承受５２０００ｋＮ的压力，在满足承载能力、变形及稳定的同时，构造上还需提供张拉横梁、千斤顶、保护支撑的作用空间。传力柱结构详见图３－３。传力柱安装在台座张拉作业区中部基础上，采用钢板隔开，传力柱受力时可以滑动，为防止传力柱受压时产生旁弯，在传力柱中部和端部设有限位装置。第３章高速铁路、客运专线预应力混凝土茼支箱粱设计预制和安装】，２ｉｉ图３－３传力柱结构图３．２．２张拉横粱施工与研究为保证直线筋和折线筋张拉时的不同方向位移，张拉横梁两端分为上、下横粱，阶梯式设计，并分别设置走行轨道。张拉横粱材质均为Ｑ３４５Ｃ。ｒ横梁锚周直线筋，承受４０８２４ＫＮ的张拉力。采用双箱形结构结合而成．两箱形结构采用厚拼接板和高强螺栓联接，钢板厚度为２０ｍｍ’１００ｍｍ的板材。下横梁锚周的预应力根数较多，在两钢箱结构之间设三排钢管，便于穿束。圈３－４下横粱结构图第３章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁设计、预制和安装箱梁＜）晶一｛一Ｔｊ；一；一蜀ｉ；ｉｉ一目一ｉ；ｃＩ『Ｉ｝ｆ『｝Ｉ弋）图３－５下横梁结构图图３－６下横梁栓接图上横梁锚固折线筋，承受１０３４８ＫＮ的张拉力，采用单箱截面，坡口焊。笪鳖！Ｉ！ｋｇⅫ一／／＼＼译／４＼＼摹一—一Ｉ—ｌ２鹅６Ｌ口｝ｌ十图３—７上横梁结构图上横梁底部安装有滑道上摆，张拉时可沿传力柱上的预埋滑道移动，保证上横梁两端位移同步。３．２．３预应力张拉及控制设备张拉千斤顶是先张梁预制中的重要施工设备，直线筋初调采用ＹＤＣ３８０－－－２００型前卡式千斤顶，折线筋初调采用ＹＤＣ２５０－－－２００型前卡式千斤项，以适应初调时不同钢绞线的构造要求。整体张拉及放张采用ＹＤ６００－１８０型液压千斤顶，下横梁每侧为５个，共２０个，上横梁每侧１个，共４个。为保证千斤顶的同步性，每端上、下横梁各采用１套泵站，全梁共采用４２４第３章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱粱设计、预制和安装套超高压液压系统泵站，每套泵站将两台ＢＺ６３１０油泵并联供油，确保供油安全和供油效率。下横梁每端１０台、上横粱每端２台ＹＤ６００－－１８０型自锁式液压丁斤油顶，各油顶采用并联回路供油，使用液控单向阀组成的连锁回路，方便实现任意位置上的锁紧，确保张拉安全。采用超高压电磁阀及液压单向阀，保证在高油压下油不外泄，控制反应灵敏，保汪多千斤顶同步作用，张拉和放张平稳、安全。为保证ｒ斤顶作业安全及张拉质量，上、下横梁与反力墙间每侧千斤项四周设置四个支撑螺杆，两端共计３２个，称为保护支撑。每完成一级张拉，锁定千斤顶，并及时旋紧支撑螺杆，避免下斤顶失效或因长时间支撑而产生泄压等意外发生。支撑螺杆采用４２ＣｒＭｏ合金结构钢、Ｔ型螺纹。上横梁每个支撑螺杆的设计承载能力为１５００ｋＮ、下横梁为６０００ｋＮ。张千斤项及保护螺旋支撑安装详见图３８。图３８（ａ）下横粱千斤顶及保护支撑布置图圉３８（ｂ）上横粱千斤顶及保护支撑布置图３．２．４简支箱粱预制工艺（一）土要工艺流程第３章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁设计、预制和安装厂１｝上ｊ安装端模钢横梁吊装底腹板钢筋Ｈ底腹板钢筋预扎ｊ穿钢绞线及Ｐｖｃ管Ｈｌ吊装内模钢绞线制柬Ｉ吊装桥面钢筋Ｈ桥面钢筋预扎０钢绞线初拉Ｈ张拉千斤顶及油表标定ｊ折线筋终拉０直线筋终拉Ｈ安全防护措施到位Ｉ混凝士制备Ｈ梁体混凝土灌筑Ｈｊ梁体混凝土养护混凝士试件——』一鼗：黎≥～隔未辐Ｆ］ｒｈｌ喾腑ＩＩ描取佰¨偎’剐偎—ｔ打｛ｎ抛凝上《混凝七｛混凝土ａ切割导向装置ｔ直线筋放张ｌ吊移钢横梁～，一一吊移梁体割丝封锚拆除端模内模ｌ…Ｌ一图３－９施工工艺流程图第３章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁设计、预制和安装（－－）施工周期先张梁施工周期见表３－４。工作内容工作时间整修底模、导向装置安装６ｈ吊装底、腹板钢筋２ｈ安装端模、张拉横梁２ｈ穿束２４ｈ６ｈ第一天安装内模４ｈ安装面筋４ｈ张拉４ｈ灌筑梁体混凝士６ｈ１２０ｈ第二天至第六天混凝土养生１ｌＯｈ放张４ｈ２４ｈ吊移张拉横梁、拆除内模、端模、移梁出台座２０ｈ第七天结论：制梁台座７天一个周转表３－４先张梁施工周期表［１５］（三）原材料、混凝土配合比及设备试验所用原材料选取合宁线本线施工所用原材料，混凝土配合与后张梁相同，见表３—５。表３－５试验箱梁混凝土配合必嘲（单位：ｋｇ／ｍ３）Ｉ编号Ｉ水泥Ｉ矿渣粉Ｉ粉煤灰ｌ砂ｌ石Ｉ外加剂Ｉ水ＩＩ茎二丝ＩｌＩ鱼！Ｉ！！；Ｉｌ！：旦ｌｌ制梁场采用混凝土集中拌制、管道泵送浇筑的施工方案。混凝土浇筑采用的主要设备：３台ＨＺＮ－６０型搅拌站、３台ＨＢＴ８０型混凝土输送泵、３台混凝土布料杆、１台大跨度混凝土整平机及相适应的附着式振动器和插入式捣固棒等机具设备。（四）制梁模板先张箱梁模板的支架系统根据空间要求特殊设计。每侧模板都有两个支撑２７第３章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁设计、预制和安装点，一个设置在传力柱顶面居中位置，另一个设在张拉作业区中部基础上，均采用螺栓支撑。为提供模板安装及浇筑混凝土作业时必要的操作空间，在台座与传力柱间预留５０ｃｍ间隙。并按设计要求设置梁体预留压缩量：梁体上缘预留压缩量为６ｍｍ、下缘预留压缩量为１７ｍｍ。为保证预应力放张时梁体压缩变形不受约束，底模变截处设计为活动模板，并设计ｌＯｅｍ断缝，采用活动节拼接。为增强梁底板混凝土的密实度，在底模上适当设置附着式振动器。底模按设计要求设置梁体反拱量：跨中预设反拱值为２６ｍｍ。导向装置安装处需配置穴模，穴模深４０ｒａｍ，以便导向装置切割后进行封堵。在端模上按照钢绞线设计位置钻孔，为减少摩阻，眼孔应打磨光滑，眼孔直径应大于钢绞线直径５ｍｍ。为保证端部钢绞线切割处形成凹穴以便对钢绞线封端，端模预应力区需配置穴模，穴模深４０ｍｍ。（五）安装主筋底、腹板钢筋和面筋在预扎架上预扎，底模修整完毕，导向装置安装好后即可吊装底、腹板钢筋，为避免与钢绞线相碰，架立钢筋应设置在底板混凝土振动带。为方便安装折线筋，端部部份钢筋待折线筋安装完毕后绑扎。内模安装完毕后安装面筋。布筋穿孔前，预应力筋、钢横梁上相应孔位应按设计顺序编号标识，避免出现眼孔错位、交叉，影响张拉。预应力筋安装应自下而上，分列、分层进行，先穿直线预应力筋，再穿折线预应力筋；预应力筋连同隔离套管在钢筋骨架完成后一并穿入就位。（六）张拉直线预应力筋及折线预应力筋均采用两端同步分级张拉方式，按照“单根初调、整体终拉”的张拉工艺施工。（七）混凝土灌注张拉完毕后，应及时（不宜超过２ｈ）浇筑混凝土；混凝土浇筑过程中，严第３章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁设计、预制和安装禁振动棒接触预应力筋和模板，避免预应力筋因外力作用而产生应力损失。（八）放张梁体强度及弹性模量达到设计值后，采用千斤顶分级整体放张，先放折线筋，切割导向装置，最后放直线筋。放张时，梁两端千斤顶油压卸载速度应保持同步。（九）安全防护安全防护是先张梁施工作业的重要环节，主要有以下几方面：１、场地安全防护措施，确保箱梁在张拉过程中的安全：２、预应力张拉前对施工设备进行检查；３、预应力张拉及放张过程中人员和设备的防护；４、张拉钢横梁防倾覆措施；５、千斤顶泄漏防护措施；６、拆模作业时的安全措施。３．２．５简支箱梁吊装、运输和架设（一）概述从程序上来讲，应该在满足工期安排的前提下，首先选定架设设备，然后选择运输设备和装梁设备，最终根据地形选定梁场的布置方案；然后再翻回头重新检验前面的方案之间的配套性。值得强调的是，整孔箱梁的架设、运输和制梁技术密不可分。为了最有效的利用架梁设备，预制梁场的设计和运梁工具的使用应达到最佳状态。现场制梁、运梁和架梁应看成一个完整的系统工程，在施工组织上不应把它们严格分开。（二）运架设备的选择巨大的梁体运送过程是十分复杂而困难的。利用已架设好桥面运送预制梁显然是最安全、最经济、最简单的方法。但是在已架好的梁上通过，运梁设施及第３章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁设计、预制和安装梁本身的重量总和已超过已架好的梁体重量，甚至远大于梁本身的计算动负荷。无限制降低运梁设备的重量是不可能的，如果想使运梁的总负荷低于梁体计算动负荷，这必将使梁体尺寸加大，这显然也不经济。因而要求这个运梁系统必须具备以下特征：１、自重应尽可能小。不能在运梁车通过已架好的桥面时，对已架桥梁构成破坏危胁。２、尽可能将梁体的负荷分散，以减少作用在已架好的桥面上的集中负荷绝对值。３、为了将动态因素引起的负荷增３ｎ（动负荷）降至最低，运梁设备需要有高的弹性吸收能力（缓冲性能）。４、在不十分规则平顺的路面或轨道上行驶时，对作用在各轮子上的负荷应具有自动平衡和补偿能力。５、设备的外形尺寸要尽量小而紧凑，便于解决运梁车与架桥机的匹配问题，运梁设备越紧凑，架设梁的高度问题就越容易解决。６、由于一旦出现问题，将直接影响施工周期，因此要求运梁系统应结构简单，可靠性高，以降低损坏或故障的风险。７、整个运动系统要能够实现均匀而同步地运动，不能有加速、减速等一些危险因素作用在负载上，包括启动、停止、反向运动均需渐渐缓慢均匀地运动。８、为了保证桥梁能够准确地进入架桥机，要求设备操作上的要能微动，微动的数量级要达到厘米级。９、能适应曲线、纵向和横向坡道，纵向坡道甚至可能达到５％。１０、应具有安全的制动保障系统，防止在起动和运行中，整个运动系统出现打滑、溜车等危险情况。巨大梁体的运输设备分轮胎式和轮轨式运梁车两种。相较之下，这两种设备均为专业厂家制造的特种设备。如果单从应用角度比较，轮胎式运梁车对梁的受力影响更合理，适应性更强，可以在既成的路基上行走，速度也较快：只是投资巨大。轮轨式运梁车要求预先铺设轨道，并对轨道的承载力及平整度等有第３章高速铁路、客运专线预应力混凝±简支箱梁设计、预制和安装较高要求，如果有路基和线路较长的话适应性就较差了；但是它投资较小，对线路短、梁体自重较轻的纯高架预制梁的运输不失为较好的选择。（三）箱梁的防扭（１）箱梁装车及运输过程中的防扭方法运梁车在装运箱梁时所采用的平衡方式一般有三种：一种是车体平衡方式；一种是箱梁支点油缸平衡方式；另一种是箱梁支点胶垫平衡方式。秦沈客运专线施工中，就有三台运梁车分别采用上述三种方式中的一种。车体平衡方式的原理是将运梁车的走行悬挂系统从中间分为前后两大部分，每一大部分在纵向上将轴线分成几段（每段几个轴线），其中一大部分内的每段轴线仅在段内将车体每侧的纵列悬挂升降油缸的油腔连通。另一大部分内的每段轴线，不仅在段内作上述纵列连通还在段内将两纵列悬挂升降油缸的油腔横向连通，使运梁车整个车体形成一个三点受力的平衡体系。箱梁支点油缸平衡方式的原理与移梁台车相似，即在一端的支承横梁上设两个油腔连通的千斤项，两个千斤顶在接梁前设一定的预升量。箱梁支点胶垫平衡方式是仅在支点上设胶垫。而运梁车应同时具备上述前两种平衡方式。在向运梁车装梁时，可用吊梁龙门吊实旌。需注意的是运梁车单点受力端与龙门吊单点受力端对应。（２）箱梁架设过程中的防扭方法需要注意的是运梁车上单点受力台车与架桥机上单点受力台车的方向要一致。（３）支座安装过程中的防扭方法架桥机落梁前，在两个桥墩顶分别各设置两台顶梁千斤项，其中一个墩项的两台千斤项的油腔用高压油管连通，这两台千斤顶的设置方向应与架桥机上单点受力台车的方向一致。架桥机落梁时，墩顶千斤顶设置一定的预伸量，使箱梁落到千斤顶上后，支座底面距墩上支承垫石顶面间有一个压注树脂垫的间隙。待压注的树脂垫产生足够的承压强度后，即可撤除项梁千斤项。３．３设计示例：２５０ｋｍ／ｈ先、后张法预应力混凝土简支箱梁３ｌ第３章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁设计、预制和安装３．３．１适用条件及设计参数３．３．１．１后张法主要设计参数（一）适用条件ｌ、设计速度：客车２５０ｋｍ／ｈ及以下，货车１２０ｋｍ／ｈ（Ｃ６２、Ｃ６４为８０ｋｍ／ｈ）及以下。２、设计荷载：列车竖向活载计算分别采用ＺＫ标准活载和中一活载普通活载。长大货车检算类型：设计中对常用Ｄ２、Ｄ３０、Ｄ３５列车通过时进行检算。附属设施自重（二期恒载）：轨下枕底道碴厚度为３５ｃｍ。试验梁均不设声屏障，桥面附属设施重量如下：线间距４．６ｍ时为１８７．４ｋＮ／ｍ（曲线）、１７４．３ｋＮ／ｍ（直线）；线间距５．０ｍ为１９２．１ｋＮ／ｍ（曲线）、１７８．２ｋＮ／ｍ（直线）。３、线路情况：双线，直、曲线，最小曲线半径４０００ｍ。正线线间距为４．６ｍ、５．Ｏｍ。挡碴墙内侧净宽９．０－－－，９．４ｍ，桥上人行道栏杆内侧净宽１２．８ｍ，桥梁宽１３．Ｏ～１３．４ｍ，桥梁建筑总宽１３．４－－．１３．８ｍ。４、环境类别及作用等级：环境类别为碳化环境，作用等级为Ｔ１、Ｔ２。５、设计使用年限：正常使用条件下梁体结构设计使用寿命为１００年。６、施工方法：适用于工地集中预制、架桥机架设施工。７、地震烈度：适用于设防烈度８度及以下地区。（二）设计参数试验梁的主要设计参数见下表：表３－６试验梁主要设计参数项静活载挠度目Ｌ≤２４ｍ２４ｍ＜Ｌ≤４０ｍ规范限值Ａ≤Ｌ／１８００△≤Ｌ／１５００△≤１／４０００２０３．０６设计值２４ｍ３２ｍ１／４９４５１／６２９３５０５．７５．９６１／３９８２１／３０２０６０９．０４．３６２．０４１．３５１．３３水平挠度后期徐变拱度（衄）自振频率限值（Ｈｚ）强度安伞系数抗裂安全系数运营荷载下跨中下缘应力（ＭＰａ）３．６４≥２．Ｏ≥１．２≥０２．０４１．４４１．１１３２第３章高速铁路、客运专线预应力混凝±简支箱梁设计、预制和安装３．３．１．２先张梁主要设计参数（～）适用条件ｌ、设计速度：客车２５０ｋｍ／ｈ及以下，货车１２０ｋｍ／ｈ（Ｃ６２、Ｃ６４为８０ｋｍ／ｈ）及以下。２、设计荷载：列车竖向活载计算分别采用ＺＫ标准活载和中一活载普通活载。长大货车检算类型：设计中对常用Ｄ２、Ｄ３０、Ｄ３５列车通过时进行检算。附属设旅自重（二期恒载）：轨下枕底道碴厚度为３５ｃｍ。试验梁均不设声屏障，桥面附属设施重量如下；线间距４．６ｍ时为１８７．４ｋＮ／ｍ（曲线）、１７４．３ｋＮ／ｍ（直线）。３、线路情况：双线，直、曲线，最小曲线半径４０００ｍ。正线线间距为４．６ｍ、５．０ｍ。挡碴墙内侧净宽９．Ｏｍ，桥上人行道栏杆内侧净宽１２．８ｍ，桥梁宽１３．０ｍ，桥梁建筑总宽１３．４ｍ。４、环境类别及作用等级：环境类别为碳化环境，作用等级为Ｔｌ、Ｔ２。５、设计使用年限：正常使用条件下梁体结构设计使用寿命为１００年。６、施工方法：适用于工地集中预制、架桥机架设施工。７、地震烈度：适用于设防烈度８度及以下地区。（二）设计参数表３－７试验粱主要设计参数项静活载挠度水平挠度后期徐变拱度（衄）自振频率限值（Ｈｚ）强度安全系数抗裂安全系数设计荷载下跨中下缘应力（ＭＰａ）设计荷载作用下，跨中截面底层钢绞线最大应力（ＭＰａ）预应力筋应力幅值（ＭＰａ）设计荷载下混凝－十最大剪应力（ＭＰａ）设汁荷载下主拉应力（ＭＰａ）抗裂荷载下主拉应力（ＭＰａ）目Ｌ≤２４ｍ２４ｍ＜Ｌ≤４０ｍ规范限值△≤Ｌ／１８００△≤Ｌ／１５００△≤１／４０００２０设计值直线梁曲线梁１／３９８２１／３０２０６０９．Ｏ１／３９８２１／３０２０６０９．０３．０６４．３６２．０３１．３９Ｏ．９９１０４２．４２２７．５２３．５８２．１９４．３６２．０５１．３９１．１２１０３８．１５２７．４７３．６５２．２３２．９２≥２．０≥１．２≥Ｏ≤１１１６１４０≤５．６９５≤３．１０２．８８第３章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁设计、预制和安装３．３．２箱梁截面及主要结构尺寸３．３．２．１后张粱截面及主要结构尺寸试验梁的截面形式（一）图３－１０时速２５０公里客运专线双线简支箱梁跨中截面（单位：衄）（二）试验梁的主要结构尺寸表３－８试验梁主要结构尺寸线间距ｍ梁型２４ｍ２４ｍ３２ｍ３２ｍ全长ｍ跨度ｍ跨中梁高ｍ支点梁高ｍ顶宽ｍ底宽ｍ箱顶宽ｍ混凝土体积ｍ３２２８．１２３０．６３１５．２３１８．１理论粱重ｔ４．６５．０４．６５．Ｏ２４．６２４．６３２．６３２．６２３．５２３．５３１．５３１．５２．２２．２２．８２．８２．４２．４３．Ｏ３．０１３．０１３．４１３．０１３．４５．９２５．９２５．７４５．７４６．４０６．４０６．４０６．４０５７０．３５７６．５７８８．０７９５．３（三＞试验梁的预应力布置方式第３章高速铁路、客运专线预应力混凝土筒支箱梁设计、预制和安装回回回圃圃圈圃图３－１１时速２５０公里客运专线双线简支箱梁预应力示意图（单位：咖）３．３．２．２先张梁截面及主要结构尺寸Ｃ一）试验梁的截面形式１７５０２５Ｑ椰暑．４５００飙１７５０８宕一ｏ。＆１１‘喇ｎ—＼ＵＪ／’＼—／１４８０爬２１００１２∞Ｎ．ｏ．曷１２∞２１∞踟４８０ｉｏｏＮ“～＼１ＬＬＪ／／｜／ＩＪ５＿∞一。萤ｏｏ宅已纠置’降图３－１２时速２５０公里客运专线双线简支箱梁跨中截面（单位：硼）３５第３章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁设计、预制和安装图３－１３时速２５０公里客运专线双线简支箱梁端部截面（单位：咖）（二）试验梁的主要结构尺寸为保持先张梁和后张梁的通用和互替，先张梁与同等跨度后张梁的外形构造尺寸相同，跨度３２ｍ梁全长３２．６ｍ，计算跨度３１．５ｍ，桥面板宽１３．Ｏｍ，跨中梁高２．８ｍ，支点部分梁高３．０ｍ，横桥向支座中心矩为４．７ｍ。（三）试验梁的预应力筋选择及布置方式最初设计时预应力钢绞线均采用ｌ×７—１５．２—１８６０－ＧＢ／Ｔ５２２４—２００３，钢绞线的数量为直线梁２８１根（直线筋２２５根、折线筋５６根）、曲线梁２８７根（直线筋２３１根、折线筋５６根）。钢绞线数量多，使得底板钢绞线间距小，不仅影响到锚具的安装，而且影响到混凝土的灌筑质量。经过调研，设计中直线筋改用了１×７－１７．８－１８６０一ＧＢ／Ｔ５２２４－２００３钢绞线，折线筋仍采用ｌ×７—１５．２—１８６０．ＧＢ／Ｔ５２２４－２００３钢绞线，直线筋数量为直线梁１６２根、曲线梁１６８根，大大减少了底板内钢绞线数量，为普通钢筋的布置和混凝土的灌筑提供了便利条件。预应力钢绞线分直线筋和折线筋两部分。直线筋设于箱梁底板中，部分钢绞线在梁端部分采用ＰＶＣ管予以隔离，隔离段长度１２６０＂－－＇６０１０ｍｍ；折线筋设于箱梁腹板内，通过导向装置分两批弯起，弯起角度８。。从结构受力角度出发，应尽可能多布置折线筋以降低梁端部分梁体的主拉应力，但折线筋在转折点处的强度会折减，所以折线筋的布置需综合考虑梁体抗剪能力和弯折点处预应力筋强度折减，同时折线筋的数量也受到导向装置的限制。预应力钢绞线的布置第３章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁设计、预制和安装见图３－１４。程匾窭蜃硼程噩翟圈阅臣毽船盈姗臣冒盈强蜘图３－１４曲线梁预应力筋布置图（单位；衄）臣氍受瑶圈臣氍霹墨蝴３．３．３施工要求原材料应有供应商提供的出厂合格证书和质量检测报告（检测项目应满足客运专线标准要求），并应按有关检验项目、检验批次，严格实施进场检验。检验应符合《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》（铁科技［２００４］１２０号）的要求和其他相关技术标准的规定。预制箱梁钢配件应安装牢固，位置正确，外露部分应按设计要求进行防锈处理。模板应具有足够的强度、刚度和稳定性；应保证梁体各部形状、尺寸及预埋件的准确位置。箱梁底腹板钢筋、桥面钢筋均必须在专用绑扎胎具上进行绑所成型，整体吊装。预制梁采用的高性能混凝土应符合《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》（科技基［２００５］１０１号）的要求。梁体应采用泵送混凝土连续灌筑、一次成型，灌筑时间不宜超过６ｈ。３７第３章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁设计、预制和安装当昼夜平均气温低于５＂Ｃ或最低气温低于一３℃时，应采取保温措施，并按冬季施工处理。预制梁混凝土可采用蒸汽养护或自然养护。预制梁拆模时的混凝土强度应符合设计要求。当设计无具体规定时，应达到设计强度的６０％以上。后张梁预施应力宜按预张拉、初张拉和终张拉三个阶段进行。预施应力应采用两端同步张拉，并符合设计张拉顺序。预施应力过程中应保持两端的伸长量基本一致。后张预制梁终拉完成后，宜在４８ｈ内进行管道真空辅助压浆。压浆时及压浆后３ｄ内，梁体温度不得低于５℃。封锚混凝土应采用无收缩混凝土，抗压强度不应低于设计要求。封锚混凝土养护结束后，应采用聚氨酯防水涂料对封锚混凝土与梁体混凝土接缝处进行防水处理。预制梁在运输、起落梁过程中均应采用联动液压装置或三点平面支撑方式，运输和存梁时均应保证每支点实际反力与四个支点的反力平均值相差不超过±５％或四个支点不平整量不大于２ｍｍ。先张梁预应力筋张拉宜采用单束初调、整体张拉工艺。先张梁张拉宜先进行直线预应力筋初调，再初调和张拉折线预应力筋，最后张拉直线预应力筋。先张梁预应力筋放张应在梁体混凝土强度和弹性模量符合设计要求，且混凝土龄期不少于７２ｈ时进行。后张预制梁终张拉和先张预制梁放张后应实测梁体弹性上拱，实测上拱值不宣大于１．０５倍设计计算值。３．３．４经济分析比选依据合宁铁路中铁二局全浇制梁场现有制梁场配置的制梁设施和工装模具进行先、后张梁的经济指标进行对比。先张梁与后张梁的经济比选主要采用投资成本分析法，制梁的投资成本主要包括固定成本和可变成本，固定成本主要包括：制梁台座成本、模板成本、存梁台座成本、租地成本、移梁走行成本、工期成本；可变成本主要是梁体材料成本。第３章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁设计、预制和安装将两种不同制梁方式的成本进行比较，找出成本平衡点，建立数学模型，如图３－１５：当产量达到ＱＯ时，先张梁与后张梁投资成本相等；产量高于Ｑ０时，先张梁投资盈利；产量低于Ｑ０时，先张梁投资亏损。｛固定成ｊＣ×ｌ固定威４Ｃｈ０产量Ｑ（秒图３一１５先张梁与后张梁成本平衡图由于先张梁台座成本费用远高于后张梁台座，而先张梁台座成本费用主要体现在制梁台座数量（月产量）上，其成本费用是制梁固定成本的敏感因素。分析的思路如下：张拉设备按照１５０孔摊销，钢箱横梁按照２００孔摊销，每孔梁的张拉设备及钢箱横梁的摊销费用列入可变成本中，月产量按照３０孔、４０孔、４５孔、５０孔、５５孔进行分析，先、后张梁平衡产量见表３－９。一弦燃＼制梁工期（月）表３－９先张梁与后张梁投资成本平衡产量表３０４０４５５０５５张拉设备按照１５０孔摊雨●钢箱横梁按照２００孔摊销３３７５２０５６３５７１５６７１１．２３１３１２．５１１１．４２１０．３ｌ当产量等于平衡产量时，先张梁投资成本与后张梁相等；当产量大于表３－９中平衡产量时，先张梁投资盈利；当产量低于平衡产量时，先张梁投资亏损。分析结论如下：１、当张拉设备按照１５０孔摊销完，钢箱横梁按照２００孔摊销完，制梁工期３９第３章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁设计、预制和安装为１３个月以上时，无论月产量多少，采用先张梁旖工工艺更为经济。２、采用先张梁施工工艺可节省部分用地，特别在城市集中、用地困难、地价较高的地区有明显的优势。３、先张梁较后张梁生产周期短，当遇抢工时，其机动灵活性更为明显。第４章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁试验研究第四章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁试验研究４．１主要试验内容在合宁线进行９孔试验梁的试制及试验，主要试验内容见表４－１。表４－１主要试验内容汇总表梁型工艺试验２４ｍ（后张）３２ｍ（后张）３２ｍ（先张）３３３试验项目及数量（孔）移运架梁试验３３３静载试验ｌ１自振特性试验３３３长期测试３３２１（至破坏）４．１．１先张梁主要试验内容１、先张梁的结构设计优化；２、验证结构计算理论和参数；３、制梁台座、工装设备研究；４、确定高性能混凝土配合比；５、先张梁制造工艺研究；６、先张梁抗裂、重裂以及破坏试验；７、先张梁经济分析；８、桥面伸缩装置的可行性研究；９、根据上述研究成果，确定关键工序，完善技术条件，为先张梁的推广提供技术支持。４．１．２后张梁主要试验内容１、结合合宁线的具体情况，进行高性能混凝土原材料的调查与检验，对混凝土的拌合物及硬化后的力学性能及耐久性能进行检验，确定合宁线的高性能混凝土配合；４１第４章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁试验研究２、通过试验梁的试制及试制过程中的一系列工艺试验，研究确定箱梁的合理制造工艺、混凝土施工的条件、方法及技术要求；３、研究确定了后张梁管道压浆材料和采用真空压浆工艺，确定合理的灌浆工艺；４、进行了支座下座板与支承垫石间灌浆材料工艺试验，并确定了相关指标；５、通过箱梁移运、架设及支座的安装，研究确定箱梁运输和架设时的技术要求；６、通过桥面防水层的铺设及相关试验，研究确定桥面防水层的施工工艺及技术要求；７、通过混凝土保护层厚度检测、桥面防水层的解剖等检测试验，检验箱梁的预制施工质量；８、按照静载试验办法，对梁体进行了抗裂性试验，检验箱梁的各项性能指标满足设计指标的情况；９、根据上述研究成果，确定了关键工序，完善了技术条件，验证了设计参数，为客运专线箱梁的制造提供科学依据。４．２高性能混凝土配合比研究经过混凝土配合比试验和专家评审，推荐了６种配合比供试验选用，见表４－－２。在正式施工前通过与箱梁混凝土浇筑相同条件的工艺性能试验，即制梁台座的施工，对所选定的配合比工作性能进行了验证，确定试验梁采用“Ｘ－０２、Ｘ一０４、Ｘ一１０”三种配比进行梁体浇注试验。表４－２试验箱梁混凝土配合比（单位：ｋｇ／ｍ３）编号Ｘ－０１Ｘ－０２Ｘ－０４Ｘ－０７Ｘ－０８Ｘ—１０水泥３６０３０６２６２３６０３０６２６２矿渣粉８２１４０粉煤灰１１０８２６８１１０砂７４２７４２７４２７３６７３６７３６石１０６８１０６８１０６８１０６０１０６０１０６０ＬＥＸ一９Ｈ３．９３．９３．９ＴＨ－２Ａ水１４１１４１１４１９．４９．４９．４１４７１４７１４７８２１４０８２６８４２４·３·１梁体混凝土强度、弹性模量的变化研究名三趟鹱叫苍罂；万妒雪；≈ｆ一，一ｆ《三≥Ｌ一－．ｆ＝考一名２坦撼掣簸叫嚣瓣，妊落蒌；＝＿＝矽一ｏ～３２００３６一Ｏ—Ｘ．２４２０２△～３２Ｃ，００１—暂ＬＺ－２４２０ｔ—Ｏ一３２０００２—日～Ｚ－２４２０２一—口一３２Ｑ０３６—ｏ—Ｘ－２４２０２—△一３２Ｃ１００１—９一Ｚ－２４２０１—ｏ一３２Ｑ００２—日一Ｚ－２４２０２时间（灭）术降偶馓一１·锄厦图４—１梁体弹性模量梁体混凝上强度、弹性模餐随时问变化曲线：竺’，０薹鉴：黧混凝土强度、弹性模量继续增长，但速薹葙孬裹嚣裂三２翌至竺篓譬圭罂度为６８．７＂－－７５．８ＭＰａ，弹性模量为４６。．一０一，－－一～５０．ｍ７ｑＧＰ铡ａ，，鼢体各阶段强度及弹性模量满足设计要求。冀嚣鬻警丝３翟！？ＧＰａ，２８天强度达６帅二。薹箬，森差姜；４１ｎ篓竺慧的篓竺篓竺孝竺度、弹性模量在初期发展较快，３天时强度已达：！：篓‘三竺：挈应的弹性模量为２９．７～３５．７ＧＰａ，１４天时为５５’．三二：：：；：４０－－六孑！兰竺苎鬯竺耄些竺计，梁体混凝土各部位水化热温度在混凝土开盘后ｉ箍荨矗菩篡脉－略５０太寿黧嚣哩煮竺荨童．三＿５℃，箱内表面温度略高于外姜面温度，温差基黧黧紫黧挚化热升温和降温过程中，顶板、磊羞磊蓉箍薹荔面温等竺篓萋在１０℃以内，腹板芯部温度与表面温≤茹基薹差。；Ｉ三芸‘蚕苫，勺农他耋温阶段’每，Ｊ、时升、温约１．１℃左右；降温阶段，每小磊荔、矗￣ｏ．６慢下墅：箱梁的最高温度基本位于梁端截面顶板与腹板结合部：”。ｕ伽’腿胭绂ｔＪ黧掣曼各部位维持高温时间在１２＂－。１８第４章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁试验研究２５＂Ｃ左右，蒸养棚内温度在５＂＇１０＂Ｃ左右，与空气温度接近，满足拆模要求。混凝土配比及制造工艺能够满足设计及技术条件的要求。表４－３试验箱梁最高温度及时间梁测点位置到达最高温度最高温度值降至入模温度所的时间（ｈ）（℃）需时间（ｈ）３２Ｑ０３６梁端顶、腹板结合部４４５７．７１３０Ｘ－２４２０２梁端顶板、腹板结合部５７５９．６１７５３２Ｑ００１梁端顶板、腹板结合部５７５１．６１５２梁端底板、腹板结合部４９５３．３１００Ｚ－２４２０１梁端顶板、腹板结合部５０５０．５９９梁端腹板芯部４９５１．２９１３２Ｑ００２梁端项板、腹板结合部５１５６。ｌ１０３跨中顶板、腹板结合部４７５５．７９３Ｚ－２４２０２梁端顶板、腹板结合部４３５４．９１１２梁端腹板：签部４６５７．２１ｌｌ４．３．３管道摩阻、锚口和喇叭口摩阻、锚具回缩量等预应力瞬时损失的研究２４ｍ、３２ｍ试验箱梁跨中管道摩阻损失平均值与设计值相差分别在一０．９～１．０％和一１．７４－＇－－－－２．８４％，表明严格按设计图纸要求进行管道定位，选择合理的灌注工艺，预应力管道摩阻可满足设计要求。锚具的锚口摩阻损失为２．５６％，喇叭口摩阻损失为２．６２％，合计５．１８％，略小于设计值６％；锚具回缩量为４．５５ｒａｍ，略小于设计值６ｍｍ，说明采用质量稳定的锚具，其各项损失能满足设计要求。４．３．４跨中截面预应力效果的研究由于试验梁上没有整体式声屏障，桥面恒载较原设计图减小，为控制结构的线型，对试验梁的预应力筋进行了调整。按调整后的预应力筋设置，终张拉后，实测３孔２４ｍ箱梁跨中截面底板的平均预压应力分别为１０．１２ＭＰａ、１０．８４ＭＰａ和１０．７１ＭＰａ，比设计计算值１０．１６ＭＰａ（４．６ｍ线间距为９．８８ＭＰａ）偏大２．４３＂－＇６．６９％；实测３孔３２ｍ箱梁跨中截面底板的平均预压应力分别为１２．９４ＭＰａ、１３．８６ＭＰａ和１３．４８ＭＰａ，比跨中设计计算值（含自重影响）１２．８５ＭＰａ（４．６ｍ线间距为１２．７１ＭＰａ），偏大０．７＂－－７．８６％。因此严格控制预应力张拉精度，预施应力可满足设计要求。第４章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁试验研究４．３．５弹性上拱度的研究在预应力作用下，实测弹性上拱与理论计算值基本相符，详见表４—４。表４－４实测弹性上拱与理论计算值梁跨及编号计算值（衄）实测值（ｍｍ）２４ｍ３２ｍ第１孔８。６５８．３７第２孔９．６８８．８８第３孔９．６８８．５０第１孔１５。７９１３．４第２孔１６。ｌｌ１６．６３第３孔１６。ｌｌ１６．１３４．３．６梁体压缩量研究在预应力作用下，实测３孔２４ｍ箱梁上缘平均压缩量分别为５．６ｍｍ，下缘平均压缩量为１０．７５ｍｍ，与理论计算值（上缘４．４ｍｍ，下缘１０．４ｍｍ）基本相当。实测３孔３２ｍ箱梁上缘平均压缩量为６。６ｍｍｎｍｌ，下缘平均压缩量为１９．３ｍｍ，与理论计算值（上缘６．２８ｒａｍ，下缘１６．４６ｒａｍ）基本相当。实测６孔试验箱梁终张拉后全长均符合产品质量检验要求，预留压缩量按理论计算值设置可行。４．３．７预应力的传力长度研究全部预施应力作用下，２４ｍ和３２ｍ箱梁在距离梁端２．４ｍ和３．４５ｍ处的位置，腹板混凝土应力己基本呈线性分布，因此２４ｍ、３２ｍ箱梁预应力传力长度约望１．倍左右梁高，与设计假定一致。４．３．８混凝土保护层厚度的研究各孔箱梁总平均值在３５．６～３７．８ｍｍ，在９５％保证率的条件下，保护层厚度在３２．３～３５．８ｍｍ，标准偏差在０．６７～２．９２ｒａｍ，保护层厚度比较均匀。实测结果表明，试验箱梁的梁体混凝土保护层厚度控制良好。４．３．９混凝土收缩、徐变的研究实测应变换算至预应力钢筋重心处的预应力损失，３孔２４ｍ箱梁分别在５ｌ天、７６天、１０５天时的收缩、徐变损失已完成全部的２７．４２％、４７．８３％、５７．５９％；３孔３２ｍ箱梁分别在６１天、７１天、１２５天时的收缩、徐变损失完成全部的２８．６２％、４７．０１％、５９．５５％，与设计计算值相比均偏小，收缩徐变损失能够控制在设计值之内。４５第４章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁试验研究鲫重堇—一伽——一——√枷一ｕ／—／，／蚕｝，／蚕至／’争—ｏ一实ｊＩ！ｌ｜值互枷—ｏ一规范值皇拗力—口一实测ｆ—ｏ一规抱ｆＨ制崔制始婚擎一。３型斜非孥擎伽《ｍ｛《ｆ。ｏ０２∞４００６００８００１０００２００４００６００８００１０００时问（天）时间（天）２４ｍ第一孔３２ｍ第一孔图４－２箱梁预应力重心处混凝土收缩、徐变实测结果４．３．１０梁体徐变上拱研究试验箱梁跨中上拱度与梁体混凝土收缩徐变的趋势基本一样。实测值均小于设计计算值，通过严格控制混凝土质量并准确施加预应力，箱梁的长期变形性能可以满足设计要求。表４－５２４ｍ、３２ｍ箱梁徐变上拱值实测结果梁跨及编号２４ｍ３２ｍ第１孔第２孔第３孔第１孔第２孔第３孔收缩徐变时间（天）１０５７６５１１２５７１６１实测上拱值（姗）１５．２５１３．９４１２．３ｌ２２．３８２２．７５２１．３１终张拉阶段弹性上拱实测值（ｍｍ）８．３７８．８８８．５０１３．４０１６．６３１６．１３徐变上拱值（哪）６．８８５．０６３．８１８．９８６．１２５．１８第４章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁试验研究拈们Ｍ¨一ｌ翠｛趵广ｄ／—／——一一——一一侣佗｛ｉ拍¨０氨７２００４００Ｉ－－０－－实测值—ｌ一蝈举ｈ斟媸８—６一规范值－＂＇１３一实测值４６００８∞１０００ｏ０２００４００６００８００１０００徐变发展时间（天）徐变发展时间（大）２４ｍ第一孔图４—３箱梁跨中徐变上拱度实测结果３２ｍ第一孔４．４３２ｍ先张箱粱静载弯曲试验及抗裂性分析荷载４．４．１静载试验采用１０等值点加载，加载点作用于桥面腹板中心处，加载图式见图４－４；试验加载的跨中弯矩与设计值一致，其各截面的弯矩分布与设计包络图相近，梁端腹板变截面处距支点３．９５ｍ，在距支点４．４５ｍ截面的设计抗剪强度安全系数为最小（２．０５），该截面的试验加载剪力与设计值相当，加载等级１．０时各截面实际弯矩、剪力与设计计算值比较见图４－５，试验荷载可以模拟箱梁的实际受力状态。静载试验最终进行到２．０级设计荷载，加载吨位为２０６０ｋＮ，其各截面实际弯矩、剪力与设计计算值比较见图４—６。４７第４章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁试验研究Ｉｌ……“氆：幺公’Ⅵ．§心灶“。“曲Ｖ／．杉ｋ／／／／Ｈ／／／Ｈ，ｏＮＱ＾＼Ｑ＾ｘＱ３㈥ｙ曲图４－４３２ｍ箱梁静载试验加载图∞二恒＋活载＋补偿∞＼二恒＋“ｉ载＋补偿＼∞／∥’口口ｄ＿—ｄ、Ｎ芦，／彩◆。＼一至毡Ｉ越罐≮∞Ｉ—ｉ．笳最若盔Ｉ。＼．∥。。９Ｉ一０嘉羹嚣舅６＼．截面距支点距离（ｍ）截丽距支点距离（册）弯矩包络图剪力包络图图４－５加载等级１．０时各截面实际弯矩、剪力与设计计算值比较第４章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁试验研究加载弯矩等级ｋ＝２．０一一一一√加载弯矩等级ｋ＝２．０／７’吉９０艘静基∞疆著。沙§一一／／／曩蓥ｅ稿’＼、＼＼、．±．曲｛，ｌ＼ｌ工ｆ茄鼓零簌Ｉ０。笳鼓茹；；ｌ＼．藏而距支点距离（ｍ）截面距支点距离（ｍ）弯矩包络图剪力包络图图４—６加载等级２．Ｏ时各截面实际弯矩、剪力与设计计算值比较４．４．２测点布置及主要试验仪器、设备静载试验中，在箱梁的跨中、１／４截面共布置外贴振弦式应变测点８８个，另有内埋应变测点３２个，布置挠度测点６个（百分表），千斤顶及压力荷载传感器各１０个。４．４．３箱梁静载弯曲试验静载弯曲试验共进行三个循环，第一循环荷载加载至１．０倍设计荷载，共分为５级，每点最大荷载为１０７８ｋＮ；第＿循环为开裂试验，荷载加载至１．５５倍设计荷载，共分为１５级，每点最大荷载为１９１３ｋＮ；第三循环为破坏试验，荷载加载至２．Ｏ倍设计荷载，共分为１９级，每点最大荷载为２６０６ｋＮ。每级加载间隔（包括测读时间）为３～５分钟，在第一和第二循环的１．０及１．２倍设计荷载时持荷２０分钟，观察梁体裂缝。４．４．３．１箱梁开裂试验第一、第二和第三加载循环跨中静活载挠度分别为６．５４ｍｍ、６．４８ｍｍ和６．３３ｍｍ，挠跨比分别为１／４８１７、１／４８６１和１／４９７６，满足设计不大于１／３９８２的要求。第＿．循环加载至１．２倍设计荷载时，实测跨中挠度平均为１９．１９ｍｍ，小于设计计算值２０．９７ｍｍ。第＿循环加载至１．２倍设计荷载，分布于箱梁两侧跨中３．Ｏｍ范围内的３０第４章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱粱试验研究个测点的实测应变与荷载基本保持线性关系（相关系数均大于０．９９９），未出现明显增大或减小，试验箱梁拉应力最大的区域仍处于弹性状态；加载至１．４５倍设计荷载，仪表显示出应变有明显增大；加载至１．５倍设计荷载，跨中下缘出现肉眼可见的裂缝。分析跨中应力测试结果，箱梁开裂荷载为１７２２．８ｋＮ，荷载等级为ＫＥ＝Ｉ．４２２（设计为１．３９），比设计值略大２．３％。箱梁开裂弯矩实测结果见图５－７。在１．２倍设计荷载作用下，实测试验箱梁跨中两侧下缘的应力分别为１２．０８ＭＰａ和１２．０２ＭＰａ，平均１２．０５ＭＰａ，与相应计算值１１．５５ＭＰａ相当接近。ａｍ舢口～ｏ、，Ｋ．＝Ｉ’６∞Ｚ姗伽南侧测点—口一５—ｏ＿７建亨｛’、Ｋ．＝ｌ柩１２００柱｛‘｝｝Ⅻ一ｚ邑僻娘啪枷—扣８∞Ｏ枷／，≠』，甚．｝ｆｆ９瓯丽稠刨Ⅲ３∞实测应变ｌ珥）实测应变（悼）南侧跨中下翼缘图４－７箱梁开裂弯矩实测结果北侧跨中下翼缘开裂试验测试结果表明，梁端出现斜裂缝的荷载为１７６６ｋＮ，相应的荷载等级为Ｋｆ＝１．４５。梁端出现斜裂缝时相应的荷载等级见图４－８。第４章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁试验研究。一５：芬即一增强了Ｉ霉嘎点ＩＬ＝竺了．』Ｊ量Ｊ』南侧梁端腹板北侧梁端腹板图４－８梁端出现斜裂缝时对应的荷载等级根据应力实测结果，推算箱梁跨中截面中性轴高度为１．６４２ｍ，与设计值ｉ．７６５ｍ相差６．９７％，实测底板平均厚度比设计值（３００ｍｍ）大４．３３％，其余梁体各部结构尺寸控制较好。跨中沿截面高度应力实测结果见图４－９。３．０Ｎ。气｛一占型１．５埋《嚣１，０划ＮＨ＝ｌＩ６４２倚载级别《一ａ—Ｋｕ—ｏ－Ｏ．８—△一Ｋｂ—，９一１．０—ｏ—１．１＼—日一ｌ。２腻小。。姝Ｏ．０｜．＼心八实测应力（肝ａ）跨中沿截面高度应力实测结果４．４．３．２箱梁重裂试验第三循环重裂试验中，加载至设计荷载时，实测挠度及跨中下翼缘应变均与荷载呈线性关系，梁体下缘尚未消压；加载至１．１５倍设计荷载时，实测应变第４章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁试验研究和挠度均有明显增大，说明梁体已经消压、进入线弹性阶段；加载至１．２５倍设计荷载，跨中下缘原裂缝已肉眼可见；加载至１．３５倍设计荷载时，跨中下缘出现了新裂缝。根据跨中应变测试结果，试验箱梁重裂荷载为１２４６ｋＮ，相应的荷载等级为Ｋｆ＝１．１０９（设计为１．０８）。箱梁重裂弯矩实测结果见图４—１０，重裂跨中挠度实测结果见图４－１１。Ｌ叱ｍ彳Ｚ矽歹Ｉ—ｏ—渺／∥／／刨一口一．／／／矿图４－１０箱梁重裂弯矩实测结果图４一１１箱梁重裂跨中弯矩挠度实测结果４．４．３．３折点截面开裂状况试验箱梁折点截面斜裂缝开裂荷载为２１２８ｋＮ，换算弯矩为１１６５０８ｋＮ·ｍ，相应的荷载等级为Ｋｆ＝１．６９；折点截面弯曲裂缝开裂荷载为２３０１ｋＮ，换算弯矩为１２５９７９．８ｋＮ·ｍ，相应的荷载等级为Ｋｆ＝１．８。箱梁折点截面应变实测结果见图４－１２和图４－１３。５２第４章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁试验研究氐｝＝ｌｆｉ９一，，争’卜ＩＩ尸■／磊一－。。一ｔ—如～ｏ—ｆ硼』』ｊ●——７．｛｛南侧测点：一口ｒ测＾１４—ｏ一测小１７—△一测＾２０—ｖ一测南２３ｊ躐鼍鼍北＆恻点；北侧腹板Ａ、～——ｖ一测＾ｊＩ南侧腹板图４－１２折点截面斜向布置应变点实测结果蓦至撇舢一ｚ邑糍埠舯伽锄—口一测点１２（北侧）—ｏ一测点２４（南倒）实涮应变（珥）折点截面下翼缘的应变实测结果４．５３２ｍ先张箱梁静载破坏试验及承载力分析在运营荷载下，箱梁设计的强度安全系数大于２．０，梁端斜截面抗剪强度安全系数最小为２．０５，在距梁端５ｍ的截面。箱梁在破坏试验阶段，即加载至ｌＩ６＂－－２．０倍设计荷载时，梁体跨中下缘及梁端腹板陆续产生新的弯曲裂缝和斜裂缝；在１．７倍设计荷载时，跨中新增ｌＯ条弯曲裂缝，两端腹板新增９条斜裂缝，同时已有裂缝也在不断延伸，斜裂缝己延伸至顶板；在１．８倍设计荷载时，跨中弯曲裂缝已延伸到腹板顶。在加载至２．０倍设计荷载时，梁体裂缝分布均匀，形态和发展趋势正常，５３第４章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁试验研究梁体未出现混凝土压溃或预应力钢绞线断丝现象，卸载后跨中裂缝基本闭合，表明梁体尚未达到破坏。试验箱梁裂缝分布见图４－１４。图４－１４试验箱梁裂缝分布图４．６试验结论４．６．１先张梁通过对跨度３２ｍ有碴先张预应力混凝土简支箱梁制造中的一系列工艺试验、检测试验和静载弯曲试验，对箱梁的制造工艺、设计以及结构静力使用性能的结论如下：ｌ、试验箱梁混凝土采用的各种原材料均满足“技术条件”要求，高性能混凝土的流动性、泌水率、强度、弹性模量等物理、力学指标均符合施工及设计要求。采用泵送混凝土，配合侧振和插入式振捣，并采用合理的灌筑程序，可以保证梁体一次成型的灌筑质量。２、根据实测结果，在环境气温为２３－－－－３４℃情况下，３孔试验箱梁混凝土水化热最高温度为６２．７－－－６３．８。Ｃ；各部位水化热温度在混凝土开盘后３０小时左右后达到最高；升温阶段，混凝土水化热上升较快，每小时升温约２．Ｏ＇Ｃ左右；降温阶段，各部位温度下降比较一致，每小时降温约０．５＂Ｃ左右；自然养护３天后，第４章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁试验研究梁体混凝土芯部及表面温度基本一致，与环境温差均在１０℃以内。此时梁体温差以及梁体与环境温差虽已符合拆模要求，但混凝土强度和弹模尚未达到设计放张要求，为避免早期裂缝的产生，模板松开或拆除时间延长至放张前，同时在当日气温最高时。３、根据实测结果，试验箱梁直线筋钢绞线摩阻损失平均值换算至跨中与设计值相差分别在一Ｏ．７７～一１．８９％；折线筋钢绞线分别在－－０．５４～Ｏ．８６％，折线筋的摩擦系数∥在０．１８６～＇０．２９０，与设计取用的摩擦系数０．２５基本相当，表明钢横梁安装、定位工艺良好，上、下钢横梁内设置钢绞线通过钢管可行，钢绞线的穿束、初调工艺制定合理，可满足设计要求。通过直线、折线筋摩阻测试，并严格控制张拉力，可以获得准确的梁体混凝土预施应力。４、根据测试结果，直线筋初调阶段，下横梁跨中５ｍ范围内的挠度差为０．３ｍｍ，横梁跨中总位移量２．５～３．１ｍｍ（包括横梁位移），先期张拉的钢绞线应力降低约１０％左右，补拉直线筋约占全部的３５％，折线筋钢绞线应力没有下降；终张拉阶段，下横梁在跨中５ｍ范围内的挠度差为４ｍｍ，中间部位直线筋应力略低于两侧的直线筋，差值在２％以内，与设计偏差在±１．Ｏ％左右，单根钢绞线最大应力为０．７３ｆｐｔｋ。放张阶段，在折线筋放张完成后，直线筋力值提高幅度在０．９８－－－１．６３％之间；折线筋、直线筋超张拉使相应的预应力筋伸长量基本在１．Ｏｍｍ左右时既可拧松螺杆，实测折线筋和直线筋钢绞线的应力增加在２．０～３．５％之间，钢绞线的力值变化均符合设计要求。５、根据实测结果，在整个混凝土水化热发展过程中，钢绞线力值随着混凝土水化热的升高而缓慢降低，基本在１５～２０小时降到最低，直线筋钢绞线平均降低了３．８７％、３．２２％和３。４ｌ％，折线筋钢绞线平均降低了６．７５％和８．１５％，设计时梁体温差按４０℃计算，预应力筋温差应力损失为８０ＭＰａ，实测箱梁预应力筋温差应力损失小于设计值。６、根据实测结果，３孔试验箱梁跨中截面下翼缘的平均预压应力分别为１６．８０ＭＰａ（第一孔曲线梁）、１５．１９ＭＰａ和１５．７６ＭＰａ（第二、三孔直线梁），与设计计算值相近（相差２．０７～一５．４２％），跨中顶板的平均预压应力分别为１．１２ＭＰａ、１．６２ＭＰａ和１．８３ＭＰａ，试验箱梁全截面受压；３孔试验箱梁跨中预应力产生的弹性上拱值和上、下缘压缩量与设计计算值基本一致，箱梁的全长均符合产品质量检验要求，预留压缩量设置可行。５５第４章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁试验研究７、传力柱全截面受压，最大压应力为４．５８ＭＰａ，上部斜向端截面横向局部最大拉应力为２．３８ＭＰａ，下部端截面横向局部最大拉应力为２．９５ＭＰａ，局部拉应力均小于规范中有关Ｃ５０混凝土许用拉应力的规定，传力柱总压缩量约４．Ｏｍｍ，传力柱无旁弯现象。８、根据实测结果，直径①１７．８ｍｍ钢绞线的锚固传力长度约为５０倍钢绞线直径，小于设计取用的１００倍直径。９、箱梁吊点下腹板局部的最大拉应力为１．８７ＭＰａ，移梁过程中最大拉应力为２．７８ＭＰａ，梁端的最大拉应力为２．２４ＭＰａ，均小于规范中有关Ｃ５０混凝土许用拉应力的规定，落梁后吊点下腹板残余应力均减小。１０、先张试验箱梁的制造及一系列工艺试验结果表明，通过严格的质量控制和管理，目前的施工工艺和方法基本可以满足设计和技术条件要求。１１、混凝土收缩、徐变在一个月时已完成全部损失的４０％，与设计计算值相比偏小约２％；徐变上拱值满足箱梁终张拉后１个月徐变上拱度不大于Ｌ／３０００的要求。箱梁在预应力作用后１个月内收缩、徐变速度相对较快。１２、在试验箱梁静载试验中，根据实测结果，第一、第二和第三加载循环跨中静活载挠度分别为６．５４ｍｍ、６．４８ｍｍ和６．３３ｍｍ，挠跨比分别为１／４８２０、１／４８６１和１／４９７３，满足设计不大于１／３９８２的要求；加载至１．２倍设计荷载，分布于箱梁两侧跨中３．０ｍ范围内的实测应变与荷载基本保持线性关系，证明试验箱梁拉应力最大的区域仍处于弹性状态，梁体刚度及抗裂性均满足设计要求。１３、试验箱梁跨中截面中性轴高度为１．６４２ｍ，与设计值１．７６５ｍ相差６．９７％，实测底板平均厚度比设计值（３００ｒａｍ）大４．３３％，其余梁体各部结构尺寸控制较好。１４、根据跨中应力测试结果，箱梁开裂荷载为１７２２．８ｋＮ，换算弯矩为９４３２３．３ｋＮ·ｍ，略大于设计值２．３％，相应的荷载等级为Ｋｆ＝１．４２２；梁端斜裂缝出现的荷载为１７６６ｋＮ，相应的荷载等级为Ｋｆ＝１．４５；加载至１．５倍设计荷载，跨中下缘出现肉眼可见的裂缝，距梁端４．５ｍ处腹板出现斜裂缝。１５、根据跨中应力测试结果，试验箱梁重裂荷载为１２４６ｋＮ，换算弯矩为６８２１８．５ｋＮ·ｍ，略大于设计值２．７％，相应的荷载等级为Ｋｆ＝１．１１。１６、试验箱梁折点截面斜裂缝开裂荷载为２１２８ｋＮ，换算弯矩为１１６５０８ｋＮ·ｍ，相应的荷载等级为Ｋｆ＝１．６９；折点截面弯曲裂缝开裂荷载为２３０１ｋＮ，换算弯矩为１２５９７９．８ｋＮ·ｍ，相应的荷载等级为Ｋｆ＝１．８。５６第４章高速铁路、客运专线预应力混凝土筒支箱梁试验研究１７、箱梁加载至１．６～２．０倍设计荷载时，梁体跨中下缘及梁端腹板陆续产生新的抗弯和剪切裂缝；在加载至２．０倍设计荷载时，梁体裂缝分布均匀，形态和发展趋势正常，梁体未出现混凝土压溃或预应力钢绞线断丝现象，卸载后跨中裂缝基本闭合，表明梁体尚未破坏。综上所述，通过跨度３２ｍ有碴先张预应力混凝土简支箱梁试制中的一系列工艺试验、吊梁、移梁、静载弯曲试验等，表明台座、传力柱、张拉横梁、张拉和放张设备能满足箱梁的制造要求，编制的各项施工工艺合理可行，试制箱梁的刚度、抗弯、抗剪、重裂及破坏性能均能够满足设计要求；箱梁的制造、移运、架设能够达到《客运专线预制后张预应力混凝土简支梁技术条件》、《铁路桥涵工程施工质量验收标准》和《客运专线桥梁制造与架设施工技术细则》的要求；设计的先张箱梁满足《客货共线铁路设计暂行规定》对结构变形以及静力使用性能的要求。４．６．２后张梁通过对跨度２４ｍ、３２ｍ有碴后张预应力混凝土简支箱梁制造中的一系列工艺试验、检测试验和静载试验，对箱梁的制造工艺、设计以及结构静力使用性能的结论如下：ｉ、试验箱梁混凝土采用的各种原材料均满足“技术条件”要求，高性能混凝土的流动性、泌水率、强度、弹性模量等物理、力学指标均符合施工及设计要求。采用泵送混凝土，配合侧振和插入式振捣，并采用合理的灌筑程序，可以保证梁体一次成型的灌筑质量。２、根据实测结果，水化热温度在混凝土开盘后４０－－－５０小时左右后达到最高，６孔试验箱梁混凝土水化热最高温度为５０．５～５９．６。Ｃ；升温阶段，混凝土水化热上升较快，每小时升温约ｉ．Ｉ。Ｃ左右；降温阶段，各部位温度下降比较一致，每小时降温约０．４－－－０．６＂Ｃ左右。芯部温度高于箱梁内表面温度在３．－－，５℃，箱梁内表面温度高于外表面温度在３℃以内。项板、底板的芯部温度与表面温度的温差始终在１０＂（２以内，腹板芯部温度与表面温度的温差始终在１５＂Ｃ以内。为防止因混凝土与外界环境温差过大造成梁体出现早期裂缝，必须严格控制拆模时间，最早拆模时间宜在蒸养停止后３－－－４天进行。同时，箱梁拆模后，应带模进行初张拉。５７第４章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁试验研究３、根据实测结果，２４ｍ、３２ｍ试验箱梁跨中管道摩阻损失平均值与设计值相差分别在一Ｏ．９～１．Ｏ％和一１．７４＂－－＂一２．８４％，表明管道形成工艺良好，能满足设计要求。锚具的锚口摩阻损失、锚具回缩量均略小于设计值。通过测试管道、锚口和喇叭口摩阻以及钢绞线弹性模量确定预应力筋伸长量，并严格控制预应力管道位置，可以获得准确的梁体混凝土预施应力。４、实测结果表明，试验箱梁跨中截面的预压应力与设计接近（偏大５％左右）；２４ｍ弹性压缩量与设计值相当，３２ｍ底板压缩鼍略大４ｍｍ左右。试验箱梁的上拱度与设计值基本一致。５、实测２４ｍ箱梁预应力传力长度约为１．１倍左右梁高，３２ｍ箱梁预应力传力长度约为１．２倍左右梁高。６、根据吊点下腹板局部应力的实测结果，吊点下方的拉应力最大，２４ｍ箱梁吊点下腹板局部的最大拉应力为２．１５ＭＰａ，３２ｍ箱梁吊点下腹板局部的最大拉应力为２．５ＭＰａ，小于规范中有关Ｃ５０混凝土许用拉应力的规定。７、６孔试验箱梁混凝土保护层厚度极端最大值为６８ｍｍ，最小值为２０ｍｍ，各孔箱梁总平均值在３５．６～３７．８ｍｍ，在９５％保证率的条件下，保护层厚度在３２．３～３５．８ｍｍ。保护层厚度比较均匀，两种跨度箱梁无明显区别。箱梁各部位中保护层厚度平均值最大在顶板顶面，为４３．４ｍｍ，最小在顶板底面，为３３．７ｍｍ。８、试验箱梁的制造及一系列工艺试验结果表明，目前的施工工艺和方法基本可以满足设计要求。９、混凝土收缩、徐变及徐变上拱与设计计算值相比均偏小，在３－＇－－４个月时偏小约１０－－－＇１５％，主要是南方地区相对潮湿，且梁体混凝土弹性模量较设计计算值高。箱梁收缩、徐变在预应力作用后２周内速度较快，随后逐渐趋于减缓，但由于无二期恒载作用，收缩、徐变发展ｆＨｌ线的斜率仍较大。１０、吊梁、移运、存梁过程中，２４ｍ和３２ｍ箱梁梁端产生的最大横向拉应力分别为２．５ＭＰａ和２．６５ＭＰａ。吊起和落梁时，梁端部应力有一个较大的变化量，移运过程中，梁端各部位应力变化较小，基本保持在起梁后的状态。根据落梁时的观测结果，存梁台座的找平砂层厚度不易超过ｌＯｍｍ。制梁场制定的吊梁、移运、存梁施工工艺可满足设计要求。１１、运输过程中３２ｍ箱梁梁端产生的最大横向拉应力为２．ＯＭＰａ之间；架设时，梁端各部位的横向应力变化很小，千斤顶落梁和支座安装工艺可行，运输及架梁工艺满足设计要求。５８第４章高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁试验研究１２、实测２４ｍ、３２ｍ箱梁的竖向、横向自振频率均高于设计计算值，梁体刚度满足设计要求。１３、在２４ｍ、３２ｍ试验箱梁静载试验中，第二加载循环跨中静活载挠跨比分别１／６０７７和１／４６８８，满足设计不大于１／４８９６和１／３９８５的要求；加载至１．２倍设计荷载，分布于箱梁两侧跨中２．５Ⅲ范围内的实测应变与荷载基本保持线性关系，证明试验箱梁拉应力最大的区域仍处于弹性状态。２４ｍ、３２ｍ试验箱梁的梁体刚度及抗裂性均满足设计要求。根据应力实测结果，推算２４ｍ、３２ｍ箱梁跨中截面中性轴高度与设计值相差分别为３．１％和２．７％，说明梁体各部结构尺寸控制较好。综上所述，通过跨度２４ｍ、３２ｍ有碴后张预应力混凝土简支箱梁制造中的一系列工艺试验、吊梁、移梁、运输和架设试验、自振特性试验、静载试验等，生产的箱梁能够满足设计要求，各项施工工艺可以指导箱梁的批量生产；箱梁的制造、移运、架设能够达到《客运专线预制后张预应力混凝土简支梁技术条件》、《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》和《客运专线桥梁制造与架设施工技术细则》的要求；设计的箱梁满足《客货共线铁路设计暂行规定》对结构变形、自振频率以及使用性能的要求。试验证明，按照试验梁采用的施工工艺，设计图纸及技术条件中有关高性能混凝土的灌注、养护、保护层的设置、张拉工艺、运架梁工艺等规定是可行的。５９第５章先、后张预应力混凝土简支箱梁力学性能对比计算分析第五章先、后张预应力混凝土简支箱梁力学性能对比计算分析５．１计算分析实例一以２４ｍ预应力混凝土先、后张双线箱梁作为分析对象。先张梁和后张梁采用完全相同的结构外形尺寸和混凝土强度等级。５．１．１模型参数箱梁为单箱单室变截面等高结构，梁全长２４．６ｍ，计算跨度２３．３ｍ，腹板坡度１５／１００，腹板厚度在距支座１．４５ｍ往跨中方向的１．５ｍ范围内从８５ｃｍ线性变化为５０ｃｍ，底板厚度则在距支座１．４５ｍ往跨中方向的４ｍ范围内从７０ｃｍ线性变化为３０ｃｍ，在梁端设置横隔板，截面尺寸参见图５－１。先、后张梁均设计为单向全预应力结构，预应力筋均为７①５钢绞线，标准型强度级别ｆｐｋ＝１８６０ＭＰａ。先张梁单根７①５布置，合计１８３根，放张控制应力为１２００ＭＰａ，为适应内力需要，采用直线＋折线的布筋方式；后张梁采用７－７①５和８－７①５成束布置，合计１９２根７①５钢绞线，７－７０５和８－７①５力筋的张拉控制应力分别为０．６８２ｆｐｋ和０．６６７ｆｐｋ，群锚体系，曲线配筋。ｌ。∞１１；；、、卯ｆ五ｆｌ，矗＾ｒ１｝］１３Ｅ｜广磊■ｌｔ蛐Ｉｌ、∞：１６２ｆ＼Ｌ单ｌ２９３ｆｔｌｑ３ＩＯｊＩｆ挪图５－１模型截面尺寸（ｃｍ）摹一一布置第５章先、后张预应力混凝土简支箱梁力学性能对比计算分析图５－３后张箱梁预应力筋布置图箱梁的静力特征与截面形式、横隔板设置、约束条件、荷载作用位置和荷载类型等因素有关，是一个复杂的空间问题。经典的薄壁结构力学是通过建立微分方程求解，其求解过程是非常繁琐的，且实际问题的边界条件难以用薄壁结构中的常规边界条件来描述；初等梁理论和平面梁元法难以反映出薄壁箱梁的空间受力特征。本文采用块体有限单元法进行分析。５．１．２单元划分及边界条件先、后张梁结构尺寸完全相同，有限元分析中采用完全相同的网格密度。’常规节段纵向取为０．４ｍ，局部进行加密，全梁划分为６６８８个单元，１０１１２个节点。跨中截面分块如图５－４。图５－４单元划分示意图对梁段进行分析时，在梁的两端支座位置处增设若干钢结构块体单元用以扩散支座反力，避免应力集中。约束按简支梁的实际支座布置情况设置。混凝土强度等级为Ｃ５０，材料特性，混凝土和钢材的弹性模量Ｅ分别为：３．５５Ｘ和１．９５×１０５ＭＰａ，泊松比Ｙ分别为：０．２和０．３，剪切模量Ｇ：Ｏ．４３Ｅ。１０４ＭＰａ６１第５章先、后张预应力混凝土简支箱梁力学性能对比计算分析５．１．３活载及预应力荷载处理活载采用人工面荷载加载，考虑了分布宽度效应；预应力采用等代荷载法，其中后张梁的预应力的损失和有效预应力采用ＳＢ软件（中南大学编制）计算，先张梁的预应力计算严格按照桥梁规范方法手工计算，并考虑了如下两种模式：（１）不计梁端部预应力传递长度的影响，即预应力钢筋端部的预应力不为０，下文称该模型为“先张”；（２）依据铁路桥规ＴＢｌ０００２．３－９９第６．３．８条规定，考虑梁端部预应力传递长度的影响，下文称该模型为“先张梁”，预应力传递长度按桥规规定取值为８０ｄ＝１２０ｃｍ。有效预应力在传递长度范围内预应力线性变化。５．１．４计算结果分析５．１．４．１纵向正应力、剪力滞与有效计算宽度箱梁受力时，由于剪力滞效应将导致顶、底板正应力分布不均匀，工程中引入“剪力滞系数”反映剪力滞效应的大小，引入“板的有效计算宽度”修正计算结果。先张梁在自重、预应力、二恒和活载作用下的正截面正应力分布有限元分析结果列于图５－５中以拉应力为正，压应力为负（下同）。一面曩向位置Ｉ’ｊ’ｊ＼？、Ｈ≥ｏｊ．ｏｊ：．’’ｉｊ’ｊ’Ｉ－＝弋刍匡自重作用下●面擅自位置∥ｋ厅坤＼／、尸ｌ：■Ⅲ横向位置预应力作用下●面横一位置吨臼高岛泌葛萨匡应力Ｍｈ、、墟吣≤半芦∥ｃ··—√．．１一第５章先、后张预应力混凝士简支箱梁力学性能对比计算分析二期恒载作用下双线活载作用下图５－５先张梁在各种荷载作用下顶板正应力图从上图可知，先张梁在各种荷载作用下，截面纵向正应力分布不均匀，表现出明显的剪力滞效应；对上述各种荷载效应进行组合，箱梁总的正应力水平处于受压状态，只在支点附近出现较小的拉应力。剪力滞效应不仅与结构形式有关，而且与荷载类型、作用点和大小有关，考虑到本文研究先、后张梁除预应力及其效应不同外，其它荷载产生的效应相同，下面着重分析预应力效应。图５—６给出了部分典型截面在预应力作用下有限元分析的正应力分布结果及其对比。一≥√：·．一飞＿广１ＪＩ菇●■■一位量溪篪埏●一一一ｔ一跨中截面顶板正应力支点截面顶板正应力。Ｎ一耋ｌ一．■一■一ｔ●，夕７－—７·—一｜ｉ４ｌ＼＼．：：＼。譬●■■＾ｔ■｛—●｝一免●■—＿．卜免●·—－▲一置■■跨中截面底板正应力支点截面底板正应力图５－６预应力荷载作用下各梁应力对比图表５—１给出了各种结构典型断面的顶板剪力滞系数和板的计算宽度表，剪力滞系数入和计算宽度Ｂ分别按如下公式计算：第５章先、后张预应力混凝－十简支箱梁力学性能对比计算分析¨丽ｂｏ＇丽ｎｗｘｔ——翼缘的厚度，ｍ华三三毒墓≯ｘ——沿跨长方向的坐标，ｒ沿横截面宽度方向的坐标。表５－１各控制截面顶板剪力滞系数和计算宽度由于预应力布置和工艺不同，两种梁的预应力水平略有差异，图６表明：在预应力作用下，先、后张梁跨中顶、底板纵向应力的分布规律大体相似，而支点截面由于锚固方式的不同而差异明显。各种荷载作用下，截面均出现明显的剪力滞现象效应（参见表６—１），越靠近支点，剪力滞越加显著，用梁理论计算时，必须进行修正；荷载形式不同，剪力滞系数不同，其规律为二恒和活载比自重剪力滞效应更为严重。预应力作用下，先、后张梁跨中底板的应力分布较均匀，可不考虑剪力滞效应，而顶板都表现出明显的剪力滞效应，跨中截面，后张梁的剪力滞效应系数略小于先张梁的，靠近支座附近，后张梁的剪力滞效应则明显高于先张梁。仿照现行铁路桥规ＴＢｌ０００２·３－９９关于Ｔ梁板的计算宽度＝ｂ＋２ｃ＋１２ｈｆ计算该箱梁，则箱梁顶板计算宽度为箱梁全宽，明显大于表５－１中的计算宽度，偏于不安全。５．１．４．２横向应力图５－７为自重＋预应力＋二恒＋单线对称布载工况下的横向应力图，从图中可知，对于跨中截面，由于各种梁型纵向正应力总体水平差异不大、且横向受力第５章先、后张预应力混凝土简支箱梁力学性能对比计算分析均为钢筋混凝土结构，先、后张梁的横向应力大小及其分布基本相同。对于支点截面，先、后张梁约有差异，但总的差异不大。从数值分析（参见图５—８），先、后张梁项板最大横向拉应力出现在跨中腹板顶部约２．０ｍ宽范围内，变化规律相似，最大横向应力分别为：后张梁Ｉ．８５５ＭＰａ，先张１．８６０ＭＰａ，先张梁１．８６３ＭＰａ；说明先张梁与后张梁的结构横向拉应力水平是相当的。Ｅ刀‘■叫八！八八太．八。Ｙ’１、—１卜一先张曩’Ｌ—｛卜一先囊曩—＿．Ｐ一先张’～，－．－＿二－位＿。—●＿一先蠢’—Ｊ－一后张●Ｖ’赢＿。——●一量张曩跨中截面支点截面图５—７单线对称布载工况横向应力对比分析图瓜兰４碟自重＋预应力＋二恒＋双线对称布载瓞直ｌｉＡｌＹ匿＂自重＋预应力＋二恒＋单线对称布载图５－８先张梁横向应力分布图５．Ｉ．４．３翘曲、畸变与偏载效应第５章先、后张预应力混凝土简支箱梁力学性能对比计算分析箱梁在对称荷载作用下不产生翘曲、畸变效应，正、横向应力对称分布。当箱梁作用有单线荷载时，将产生扭转、畸变，伴随发生翘曲，应力明显不对称，表５－２为各箱梁在自重＋预应力＋二恒＋单线对称布载时的翘曲系数（４角点最大应力与平均应力之比），图５－７和表５－２的结果均表明，先、后张梁的畸变、翘曲效应差异不大，这与其畸变和翘曲刚度相同基本相符。表５—２各模型梁的最大翘曲系数５．１．４．４挠度和刚度分析先、后张结构具有相同的刚度，静活载挠度均为－３．３２６咖，挠跨比均为１１７００６，最大扭转角为０．１４６６０／ｏｏ；先、后张梁具有良好的抗弯、抗扭刚度。但由于预应力不同，结构在预应力作用下的上拱度及徐变上拱度则有较大区别（表５－３），考虑徐变后的变形Ａｃ＝（１＋∽６，其中巾为徐变终极系数，取２．０，６为自重＋二恒＋ＰＣ的挠度，结果表明，先张梁在同等的条件下的上拱度比后张梁为大，但使用中可以采用技术措施控制后期徐变挠度。使其满足使用要求。表５－３２４ｍ梁跨中挠度计算结果５．１．４．５支座脱空效应及限位分析箱梁支座不平整对结构受力状态有较大影响，主要影响箱梁的横向应力状态，表５－４为对裸梁（自重＋预应力）处于一个支座完全脱空状态时结构最大横向拉应力和脱空量分析结果。第５章先、后张预应力混凝土简支箱梁力学性能对比计算分析表５－４支座完全脱空时控制截面最大横向应力与脱空量先、后梁最大拉应力一般均出现在梁的端部区段的截面内部的梗胁角隅，一般呈对角方式出现，表现出明显的扭转和畸变特征，但最大拉应力区域很小，即最大拉应力收敛很快。该最大拉应力可通过对支座的不平整量进行限位予以限制，并通过增设构造钢筋弥补该不足。先、后张梁由于端部区段预应力效应差异较大，导致了支座脱空效应中应力上的差异。支座不平整效应对箱梁的纵向应力的控制区段——跨中区段的影响可以忽略。５．１．４．５端部局部效应由于工艺上的区别，先、后张梁尽管跨中区域的预应力水平相差不大，但端部应力存在较大的区别：正应力分布参见图５－６，后张法大部分锚固在腹板上，端部底板少，而先张法的直索均直接锚固在底板上，应力分布与计算模式有很大关系，即是否考虑预应力的传递长度对此有较大影响，依据规范要求应按考虑传递长度的方式计算，不计传递长度时的计算结果亦符合规范要求。需要注意的是，由于局部效应，端部处于复杂的受力状态，端部截面上将出现大于其它部位的最大横向拉应力，在支点到端部约０．４５ｍ范围内的下方一侧梗胁角隅处小部分区域内，先张梁（计传递长度）最大值达３．８ＭＰａ，而后张梁最大值为１．７ＭＰａ。本文基于相同的结构尺寸对先、后张梁的受力、变形特征进行分析对比，综上所述，可得出如下结论：１）先张梁与后张梁尽管工艺不同，只要预应力度基本相同，两者内力、变形特性基本相近，均是可行的。２）两种结构在受力特性方面较大的差异体现在预应力产生的剪力滞效应和端部效应上，本文提供受力特征规律、剪力滞系数和计算宽度等数据可供设计参考；而横向受力、畸变、翘曲等其它力学特性，基本相同。６７第５章先、后张预应力混凝土简支箱梁力学性能对比计算分析３）无论是先张梁还是后张梁，建议对支座不平整量进行限位。４）是否考虑“传递长度＂，结果对先张梁的受力状态有较大影响，为安全计，应对两种模式进行计算。５）虽然采用直线＋折线配筋的先张梁需要专门张拉台座和特殊设备，增加制梁复杂性和技术难度，但是，省去了后张法的穿索、灌浆工艺，同时避免了出现堵孔、压浆不密实等质量问题。５．２计算分析实例二以某大桥的部分４０ｍ跨后张分体箱梁为例，选择了一片箱梁进行了先、后张条件下的对比设计和计算分析，以便为先张箱梁在更大跨度的范围内应用提供理论依据。５．２．１对比设计原则（１）原有断面尺寸不变、配束数量与方式不变，制造工艺由后张改为先张；（２）顶板中用于将先张箱梁简支变连续的后张预应力钢束与原设计方案一致。５．２．２对比设计资料边跨底板内上下布设两排钢绞线，每排２２根，通长直线布设、不弯起，上、下排钢束形心距混凝土底板上下边缘均为５ｃｍ，水平向钢绞线的中心距４ｃｌｎ；腹板内布设两排钢绞线，每排６根，上下排钢绞线形心距混凝土底板下缘分别为２５ｃｍ、１９ｍ、６ｃｍ，水平向钢绞线的中心距为４．５ｃｍ，上下两排钢绞线在距支座分别为８ｍ处均按８．５。弯起，先张法边跨每片梁共配钢绞线５６根。中跨底板内上下布设两排钢绞线，每排１８根，通长布设、不弯起，上、下两排钢束形心距混凝土底板上下缘均为５ｃｍ，水平向钢绞线的中心距为５ｃｍ；腹板钢绞线布设数量和方式均同边跨，先张法中跨每片梁配钢绞线４８根。第５章先、后张预应力混凝土简支箱梁力学性能对比计算分析图５－９先张法配束方式图５－１０后张法配束方式５．２．３计算工况工况一：施工过程中的简支梁模型，仅考虑了混凝土浇筑、预应力钢束张拉和养护三个施工阶段；工况二：成桥状态，即四跨一联的连续梁模型，共包括施工和使用阶段，程序中共划分为八个阶段。５．２．４对比分析结果工况一：计算分析模型：分析比较采用施工过程中简支变连续前的单跨梁为计算模型。如图。计算荷载包括恒载、预应力、混凝土收缩和徐变；分三个施工阶段。Ｈ２３４ＩＩ５６７８９ＩＩ１０·ｌ…曲Ｍ№１８１１９１７２０殂ｊ图５－１１计算模型示意图第５章先、后张预应力混凝土简支箱梁力学性能对比计算分析（一）箱梁变形及正应力分析结果表５－５箱梁各截面位移及上下缘的正应力计算结果比较由上表可知，在预应力钢束张拉后，先张箱梁的反拱值比相应的后张箱梁的大，增幅约为２０％；在箱梁底板中建立的有效预压应力，先张箱梁比后张箱梁有所降低，在跨中截面约为１０％；而顶板中的预压应力，也都大幅降低，在跨中降幅约为１８％。对比表明，后张箱梁改为先张箱梁后，大家最关注的箱梁底板混凝土的预压应力降低幅度并不大，完全可以为工程所接受，而且顶板混凝土预压应力的降低对结构后期的使用也是有利的。（二）箱梁腹板主拉应力分析结果表５－６箱梁腹板主拉应力结果比较比较项目ｌ／４最大主拉应力㈣ａ）３／４通过腹板中混凝土主拉应力的对比可以看出，尽管腹板混凝土中的主拉应力比原设计方案大幅度增加，但是绝对值仍然有限，仍远小于混凝土的抗拉强度，所以在施工过程中箱梁腹板不会出现斜向裂缝，可以为工程所接受。（二）预应力钢束跨中有效预应力分析结果７０第５章先、后张预应力混凝士简支箱梁力学性能对比计算分析表５－７预应力钢束跨中有效预应力比较结果由于先张箱梁的预应力损失明显高于后张法，因此预应力钢束的有效预应力将明显降低，表５－７中的数据很好地说明了这一点，降幅约为１０—１２％，绝对值在１２０－１３０ＭＰａ，可以为工程所接受。工况－－对比分析模型，采用成桥状态时四跨一联的连续梁计算模型·全桥共分８９个节点、８８个单元，计算模型如图４所示；计算荷载包括恒载、预应力、混凝土收缩、徐变、汽车、温度和支座沉降；程序中共划分８个阶段·荷载组合按《公路桥规》之Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、分别计算。图５－１２计算模型示意图选取荷载组合Ｉ的计算结果进行了比较分析，使用阶段各截面的位移、顶板和底板的正应力比较结果分别见表５—８和表５—９，箱梁腹板中的主拉应力比较结果见表５－１０，使用阶段跨中有效预应力的比较结果见表５—１１。（一）箱梁边跨变形及正应力分析结果表５－８组合Ｉ时箱梁边跨位移和顶板底板正应力比较结果冀警项目Ｍａｘ位移（锄）ｌ／４Ｍ觚上恭３正应力ｌ／４跨中３／４、骞笮。Ｍ觚下恭宝正应力ｌ／４、１茗；７３／４３／４７ｌ第５章先、后张预应力混凝士简支箱梁力学性能对比计算分析在不利或有利荷载组合下，先张连续箱梁跨中变形值增幅仍然在２０％左右；在最不利荷载组合下，箱梁底板中出现的法向拉应力高达２．５ＭＰａ，有可能出现混凝土开裂；因此，可以在施工中，特别是预应力钢束张拉工艺中考虑一些措施来提高箱梁底板中混凝土的有效法向压应力，以避免混凝土的开裂。（－－）箱梁中跨变形及正应力分析结果表５－９组合Ｉ时箱梁中跨位移和顶板底板正应力比较结果譬ｏ．４４６ｏ．８５７０．４５１．２２３．８９１．５５３．２８－ｏ．４２６３．１７第５章先、后张预应力混凝土简支箱梁力学性能对比计算分析先张法变化（％）０．８９７１．１９０．９７６０．５２８３．２４０．５２８２．０４－２．０１２．１４＋１０１．１＋３８．８５＋１１６．８８—５６．７２—１６．７ｌ－６５．９４．３７．８０．３７１．８３．３２．４９同边跨箱梁类似，中跨箱梁底板中出现的法向拉应力也达到２．０１ＭＰａ，很有可能出现混凝土开裂，仍然需要在施工中采取措施加以预防。（ｏ）箱梁腹板主拉应力分析结果和单跨箱梁腹板混凝土的主拉应力一样，先张箱梁比后张箱梁增大许多，但是绝对值有限，均小于０．４ＭＰａ，应该不会出现腹板混凝土的开裂。表５—１０组合Ｉ时箱梁腹板主拉应力结果边跨比较Ｍａｘ主拉应力ｌ／４３／４中跨Ｍｉｎ主拉应力Ｍａｘ主拉应力ｌ／４－ｏ．１８１Ｍｉｎ主拉应力１／４．３．１ｅ－２项目（Ｍｐａ）（Ｍｐａ）（Ｍｐａ）（Ｍｐａ）ｌ／４３／４３／４·ｏ．１８２３／４．２．２９ｅ．２．ｚ．７．６８ｅ．２７嚣“先张法变化（％）·ｏ．１１７一ｏ．１８６—１．２５ｅ－２－５．６２ｅ０２·０．２４９·Ｏ．３０６－５．４８ｅ－２—０．１２５．０．３１５Ｏ．３２９．９．１３ｅ．－２＋ｌ１２．８＋６４．５２＋３３８．４＋１２２．４＋７４．０３＋８０．７７＋１９４．５＋２３５．４（－－）预应力钢束跨中有效预应力分析结果先张连续箱梁的预应力损失也明显高于后张法箱梁，降低幅度约为１０—１２％，绝对值在１００—１３０／ｄＰａ，仍然可以为工程所接受。表５—１ｌ预应力钢束跨中有效预应力比较结果钢束号ＮｌＮ２Ｎ３边跨后张法先张法（ＭＰａ）１０８０１０８０１０９１中跨后张法（ＭＰａ）１１０１１０９９１１０９先张法（ＭＰａ）９８３．４９８１．３９８２．４（ＭＰａ）９６２．６９６３．３９６６．８钢束号Ｎ４Ｎ５Ｎ６边跨后张法先张法（ＭＰａ）１１０３ｌｌｌ３１１２４中跨后张法（ＭＰａ）ｌｌ１９１１２９１１４０先张法（ＭＰａ）９８３．６（ＭＰａ）９６６．３第５章先、后张预应力混凝土简支箱梁力学性能对比计算分析５．２．５对比分析结论通过以上对比计算和分析可知，将后张箱梁变更为先张箱梁在技术上是完全可行的。后张箱梁变更为先张箱梁后，不仅节省了锚具、减少施工工序，还可以避免后张梁因管道压浆不密实而出现的工程病害、提高结构耐久性，并且，主要力学指标均可以满足设计规范要求。另外一方面，通过比较分析也发现一些在施工中值得注意的问题，主要有以下两点：（１）由于先张法预应力损失大，应在施工中考虑采取相应的措施，以提高底板混凝土有效法向压应力：（２）建议在先张箱梁中仍然在腹板中布置部分弯起束，以改善１／４跨处腹板混凝土的主拉应力，防止混凝土的斜向裂缝。７４第６章总结与展望第六章总结与展望６．１本文主要的工作随着世界高速铁路建设的兴起，箱梁在高速铁路、客运专线桥梁上的应用极为普遍，研究制造、架设高速铁路箱梁桥的技术也发展迅速。预应力混凝土简支箱梁在高速铁路、客运专线中具有具有其他结构形式不可替代的优点，对其开展相关相关研究工作极具意义，可以达到验证设计、检验施工工艺、完善技术条件等目的。本文主要做了以下工作：１、对高速铁路、客运专线预应力简支箱梁的常用跨径的设计原则、材料、结构形式、动力特性分析、动力验算指标、结构尺寸优化、结构各项指标、徐变预拱度的控制、耐久性设计及施工架设等问题进行了较为全面的分析和归纳。２、对高速铁路、客运专线预应力简支箱梁预制和安装过程中张拉台座的设计与施工，张拉横梁施工、预应力张拉与控制、预制工艺、吊装、运输和架设进行的全面的总结和归纳。３、以２５０ｋｍ／ｈ先、后张法预应力混凝土简支箱梁设计为例，对设计参数的选取、截面等主要结构尺寸、施工要求以及经济分析进行了详尽具体的分析。４、以合宁线９孔试验梁为例，对跨度２４、３２ｍ有碴先后张预应力混凝土简支箱梁制造中的一系列工艺试验、检测试验和静载弯曲试验进行分析，得到关于箱梁的制造工艺、设计以及结构静力使用性能的结论。５、以２４ｍ预应力混凝土先、后张双线箱梁为分析对象，对应力、刚度、剪力滞、畸变、翘曲、支座脱空效应及限位分析、端部局部效应等力学性能的分析，并进行对比。全面分析力学特征，为设计中区别或替代运用两种结构形式提供理论参考依据。６、以某大桥的部分４０ｍ跨后张分体箱梁为例，进行了先、后张条件下的对比设计和计算分析，为先张箱梁在更大跨度的范围内应用提供理论依据。６．２结语与展望本文对高速铁路、客运专线中应用广泛的预应力混凝土简支箱梁进行了从设计、施工、科研试验多角度的分析，并对先、后张法对比计算分析，理论联７５第６章总结与展望系实际，达到优化设计，指导施工的目的，为高速铁路预应力混凝土简支箱梁设计制造质量提供了保证，也为我国高速铁路大规模采用预应力混凝土简支箱梁提供了较为成熟的经验。限于篇幅及作者水平，对先、后张预应力混凝土简支箱梁的研究需进一步加深。提出下列建议，希望今后有所改善。（１）关于先张梁１、为进一步降低直线筋的摩阻损失，端模板直线筋的开孔直径应适当增加，同时注意封堵，以避免漏浆。２、传力柱的柱身截面尺寸可进一步优化设计。３、箱梁的开裂、重裂弯矩均略大于设计值２．０，－－．，３．０％，梁端斜裂缝几乎与跨中弯曲裂缝同时出现，建议考虑调整预应力筋的配置，适当增加折线筋的数量，尽量减少直线筋隔离段进入支点内。（２）关于后张梁１、防水层、保护层是桥面防水体系中的重要组成部分，其质量与材料的选择、施工工艺、养护方式密切相关，为保证保护层的质量，施工中必须加强各环节的质量保证措施。进行施工组织时，应结合具体情况，合理安排工期，优先选择全桥架设完毕后在桥位上施工的方案，以保证防水层、保护层质量。２、结合实际制梁情况，在强度和弹性模量协调条件下，建议取消《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》中，有关初张拉阶段对混凝土弹性模量要求的规定。３、封锚混凝土产生裂纹后极易造成锚具的锈蚀，施工中应注意锚穴补偿收缩混凝土的质量控制，对锚穴外侧全部涂刷防水涂料。４、考虑静载试验费用，应加强过程控制，适当减少静载试验频次。７６致谢致谢在硕士研究生学习和课题研究期间，导师马坤全教授给予我悉心的指导和帮助。导师渊博的知识、严谨的治学态度、实事求是的处世作风深深地影响着我，并将使我受益终生。无论是学业上还是在生活上，导师始终给予我精心的培养和关怀，在此我向导师致以最诚挚的谢意！同时，在论文完成的过程中，还得到了许多热心人的关怀和帮助。感谢铁道部科技司、建设司领导亲切关怀，感谢合宁铁路有限公司、中铁工程设计咨询集团有限公司、铁道科学研究院、中铁二局专家的大力支持，在此向他们表示最诚挚的感谢１２００９年５月参考文献参考文献［１］高速铁路常用跨度简支箱梁结构优化设计的研究报告［Ｒ］．２００２Ｇ００７［２］邓运清，盛黎明．秦沈客运专线后张法预应力混凝土简支箱梁设计［Ｊ］．铁道标准设计，２００１，２０（１）［３］邓运清．客运专线简支箱梁综述［Ｊ］．铁道工程学报，２００５（０１）［４］梁毅．京津客运专线箱梁运架技术探讨，国防交通工程与技术，２００６（０２）［５］余量，秦沈客运专线预制２４ｍ单线箱梁施工技术，［７］［８］［９］盛黎明，２００１（９）郭金琼．箱形梁设计理论［Ｍ］．北京：人民交通出版社，范立础．桥梁工程［Ｍ］．北京：人们交通出版社，２００１准设计，２００３，（６）６－９［１１］铁道第三勘察设计院．京沪高速铁路设计暂行规定［Ｓ］．北京：中国铁道出版社，２００３１９８９铁道建筑技术，２００２（０６）［６］铁道专业设计院．中法铁路客运专线桥梁合作研究［Ｒ］．北京：２００３陈良江．秦沈客运专线常用跨度简支梁设计与施工［Ｊ］．铁道标准设计，［１０］盛兴旺，李志国，邓运清．京沪高速铁路预应力简支箱梁结构参数优选［Ｊ】．铁道标［１２］铁道科学研究院等．京沪高速铁路桥梁动力特性仿真分析阶段报告［Ｒ］．北京：２００４［１３］陈良江．京沪高速铁路常用跨度桥梁的技术特征及选型探讨［Ｊ］．铁道标准设计，２００３（１０）［１４］铁道专业设计院．京沪高速铁路预应力混凝土简支箱梁设计意见书［Ｒ］．北京：２００３［１５］梁伟．高速铁路２４ｍ箱梁预制施工技术。山西建筑，２００３（０６）［１６］李华冰．秦沈客运专线２４ｍ后张法单线箱梁预制施工技术．上海铁道科技，２００４（０２）［１７］梁伟．高速铁路箱梁预制钢筋技术要求及制作工艺，山西冶金，２００３（０１）２００３（０３）［１８］杨明伟．专用移动支架式造桥机建造ＰＣ箱形简支梁［Ｊ］．山西建筑，２０００（０３）［２０］林陈玉，傅文展，蔡良东．浅谈后张法现场预制预应力箱梁的施工经验．广东交通２００３（０２）职业技术学院学报，［１９］夏建中．芜湖长江大桥４０ｍＰＰＣ铁路简支箱梁制造和架设技术［Ｊ］．桥梁建设，［２１］应爱武．现场预制桥梁施工外观质量控制措施［Ｊ］．铁道建筑技术，２００１（０４）［２２］邓运清，盛黎明．秦沈客运专线大吨位架桥设备的应用［Ｊ］．铁道标准设计，２００１（９）［２３］刘松良．预制预应力混凝上组合箱梁施工工艺，山西建筑，２００４（１７）［２４］铁道专业设计院．高速铁路常用跨度连续梁设计研究总报告［Ｒ］．北京：２００３２００４（０８）辽宁交通科技，［２５］姜振强．预制混凝土箱梁施工工艺探讨，［２６］闫立忠，刘占伟，吕剑锋．现场预制预应力混凝土简支梁裂缝分析及研究［Ｊ］．铁道标准设计，２００４（０２）［２７］李书正．打埂、白水河大桥的梁部施工［Ｊ］．铁道建筑技术，１９９６（０５）参考文献［２８］王凯．后张法预应力混凝土预制箱梁的施工要点，［２９］盛黎明，２００１（９）［３０］王治斌．客运专线箱梁预制施工技术研究，［３１］白建文．浅谈预制箱梁施工的质量控制，铁道建筑技术，山西交通科技，２００５（０２）山西交通科技，２００５（０４）陈良江．秦沈客运专线常用跨度简支梁设计与施工［Ｊ］．铁道标准设计，２００４（Ｓ１）２００５（０４）［３２］叶文桂．新建洛阳黄河铁路特大桥施工［Ｊ］．桥梁建设，１９９４（０４）［３３］程凯书．客运专线２４ｍ单线箱梁预制混凝土施工技术，１９９７（４）：３２－３６［３５］铁建设［２００３］１３号，京沪高速铁路设计暂行规定ＩＳ］．［３６］王刚．秦沈客运专线箱梁预制开工［Ｊ］．建筑机械，［３７］王巍，２００５，２（４）：３９—４３施工技术，［３４］周建民．预应力混凝土梁上拱度的预测及控制［Ｊ］．上海铁道大学学报，２０００（０７）薛伟辰．高速客运专线轨道梁徐变变形研究发展［Ｊ］．铁道科学与工程学报，２００４（０２）铁道标准设计，［３８］廉滋苗．后张法箱梁预制施工技术［Ｊ］．科技情报开发与经济，［３９］雷昌龙．３２ｍ铁路双线箱梁预制工艺，２００６（１１）桥梁建设，２００６（０５）［４０］杨青云．京津城际客运专线３２ｍ双线整孔箱梁现场预制施工技术，［４１］邵旭东，邓军，李立峰等．二次预应力超薄梁徐变效应试验研究［Ｊ］．公路交通科技，２００５，２２（４）：５３－５６［４２］李宏涛．预应力混凝土预制箱梁裂缝成因分析及处治，中外公路，［４４］文永奎，铁路混凝土箱梁的水化热温升及裂缝控制，２００５（０３）１（０７）［４３］宋冰泉．津滨轻轨预应力连续箱梁混凝土水化热温度试验，铁道标准设计，２００３（０６）铁道标准设计，２００［４５］邵旭东，李立峰，张伟．二次预应力组合结构试验研究［Ｊ］．中国公路学报，１９（１）：７５－１９２００６，［４６］杨孟刚．混凝土箱梁的水化热温度监测及裂缝控制，［４８］叶见曙．混凝土箱梁的水化热温度分析，２００６，３１（２）：７３－７６桥梁建设，长沙铁道学院学报，山西建筑，２０００（０４）２００１（０３）［４７］毛伟．秦沈客运专线整孔箱梁水化热规律测试与探讨，２００４（０６）［４９］邵旭东，彭聪，李立峰．二次预应力连续梁的施工过程分析［Ｊ］．中南公路工程，［５０］程俊瑞．预应力混凝土箱梁水化热温度及应变的试验研究，２００２（０１）公路，２００４（０２）［５１］霄家艳．秦沈客运专线箱梁水化热温度、应变变化及裂缝控制，北方交通大学学报，２００４（０５）［５２］毛伟．２０ｍ整孔简支箱梁混凝土水化热规律测试与探讨，铁道建筑技术，［５３］周兆春．预制整孔简支箱梁混凝土水化热的监控，铁道标准设计，２００６（０９）［５４］于志国．秦沈客运专线箱梁吊运架设备与施工技术，铁道标准设计，２０００（０１）［５５］于志国，王树栋，王炳灵．秦沈客运专线箱梁吊运架设备与施工技术，铁道标准设计，２０００（０１）［５６］曹新刚．２４ｍ先张法折线配筋预应力混凝土简支梁施工技术［Ｊ］．铁道建筑技术，２００４（０６）参考文献［５７］张志华．ＤＦ４５０型架桥机及ＤＣＹ４５０型运梁车，工程机械，２００１（０４）［５８］初厚才，１９９４（０６）张日洲．移动支架拼架４８ｍＰＣ简支梁的挠度控制［Ｊ］．铁道建筑技术，［５９］刘春．铁路大型施工装备——架桥机和运梁车（一）［Ｊ］．建设机械技术与管理，２００５（０４）［６０］刘春．铁路大型施工装备一一架桥机和运梁车（－－）［Ｊ］．建设机械技术与管理，２００５（０５）［６１］刘春．铁路大型施工装备一架桥机和运梁车（三），建设机械技术与管理，２００５（０５）［６２］帅长斌，吴跃星，袁延华等．大吨位箱形简支梁运架设备的研制［Ｊ］．铁道标准设计，２０００（０３）［６３］王模公．铁路客运专线混凝土箱梁ＤＪ４００架桥机，工程机械与维修，［６４］李忠龙，２００３（０３）［６６］马朝晖．ＪＱ６００型箱梁架桥机的研制与应用［Ｊ］．建设机械技术与管理，２００１（０５）［６７］张沛杰．预制后张法预应力混凝土铁路桥简支梁施工方法［Ｊ］．山西建筑，２０００（０２）［６８］孙贵江．高速铁路（客运专线）的施工组织设计探讨［Ｊ］．中国工程咨询，［６９］川渚．ＪＱ９００Ａ型架桥机［Ｊ］．铁道建筑，２００６（０８）［７０］刘名君．加大３２ｍ简支梁跨越能力的尝试一介绍八渡３号大桥设计与施工［Ｊ］．铁道标准设计，建设，１９９７（０２）１９９７（０２）［７１］刘名君．加大３２ｍ简支梁跨越能力的尝试一一介绍八渡３号大桥设计与施工［Ｊ］．桥梁［７２］唐经世．快速客运专线架桥机方案分析之二：铁道部大桥局之下导梁式架桥机，建筑机械，２０００２００４（１２）敬廷银，２００６（１２）高振宇．预制梁施工监理控制要点［Ｊ］．铁道建筑，２００４（１２）［６５］魏晓江．大跨度箱型简支梁施工技术与施工机械化［Ｊ］．筑路机械与施工机械化，［７３］唐经世．快速客运专线架桥机方案分析之四一一运梁车方案［Ｊ］．建筑机械，２００１（０１）［７４］郑锦．简支梁的架设与架桥机的选配［Ｊ］．中国建设信息，２００１（１０）［７５］林承华．运营铁路快速修建城市立交桥实例［Ｊ］．铁道运营技术，［７６］梁毅，刘嘉武，术，２００６（０２）１９９６（０４）田朝霞．京津客运专线箱梁运架技术探讨［Ｊ］．国防交通工程与技［７７］吕忠达．大型整体预制箱梁的运输架设，筑路机械与施工机械化，２００６（１２）［７８］方宏，黄其雷．正线架设３２ｍ跨度梁施工［Ｊ］．铁道标准设计，２００２（０３）［７９］姜国瑞．内昆线卯家岩２号隧道隧底溶洞处理［Ｊ］．西部探矿工程，２００１（５１）［８０］张日洲．灵武黄河特大桥移动支架拖拉技术［Ｊ］．铁道建筑技术，１９９４（０５）［８１］辛学忠．青藏铁路桥梁结构形式和提高耐久性措施分析研究［Ｊ］．桥梁建设，２００２（０６）［８２］刘亚滨．大型混凝土预制梁桥机械化施工新技术，１９９８［８３］方慎维．清江７号特大桥ＰＣ连续梁的施工［Ｊ］．隧道建设，１９９７（０２）［８４］熊星栋．三角托架悬挑扣件式钢管脚手架设计实例［Ｊ］．建筑安全，２００４（１２）参考文献［８５］丁荣昌．高速铁路桥梁架设方法与设备配置分析，铁道工程学报２００１（０４）［８６］马立强．架桥过程中混凝土箱梁的防扭措施，建筑机械化，２００６（１１）［８７］陈华芳．特殊条件下造桥机施工技术难题与处理［Ｊ］．铁道建筑技术，［８８］张宁南．箱梁预制及架设过程中的防扭方法探讨，山西建筑，２００５（１１）【８９】Ａ．Ｔ．ＮＥＢＨＲＡＪＡＮＩ．Ｂａｓｉｃ１９７４２００４（０６）ＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓＤｅｓｉｇｎａｎｄＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＰｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅ，【９０】Ａ．Ｈ．Ａｌｌｅｎ．Ａｎ【９１】ＤｒａｗｉｎｇＲａｉｌｗａｙＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ１９９３ｔｏＰｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅ，ＣｅｍｅｎｔａｎｄＣｏｎｃｒｅｔｅＡｓｓｏｅｉａｔｉｏｎＤｒａｗｉｎｇ，ｏｆＢｏｘＧｉｒｄｅｒＧｅｎｅｒａｌＬａｙｏｕｔａｎｄＩｎｎｅｒＦｏｒｍｗｏｒｋ，Ｑｉｎ－ｓｈｅｎＨｉ【ｇｈＳｐｅｅｄＰｒｏｊｅｃｔ，张伟，ＮＩＮＩＶＥＣｏＭＴＥＣ，１９９９［９２］邵旭东，彭聪等．二次预应力梁的徐变和承载力试验研究［Ｊ］．土木工程学２００５（４）：２６－３１２００４，报，２００６，３９（８）：８１－８６［９３］王召祜．客运专线桥梁设计研究［Ｊ］．铁道标准设计，２０（９）：７３－７５［９５］迟经斌．５６ｍ跨度ＰＣ箱形简支梁静动载试验及分析［Ｊ］．铁道建筑技术，技术，１９９７（０６）２０００（０５）［９４］吴嘉．预应力简支箱梁桥徐变上拱的测试及仿真计算分析［Ｊ］．甘肃科技，［９６］王荣春．从宝中、京九、南昆铁路的桥梁建设看铁路建桥技术的发展［Ｊ］．铁道建筑［９７］朱维．广北立交桥施工技术［Ｊ］．铁道建筑技术，１９９６（０４）［９８］刘存贵。沙坪河大桥钢桁梁的拖拉安装［Ｊ］．铁道运营技术，２００２（０３）郭继业，盛兴旺．先简支后连续技术在高速铁路ＰＣ桥中应用初探［Ｊ］．铁道标准设计，２００２（０９）８１个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果个人简历个人简历：在读期间发表的学术论文与研究成果武凤远，男，１９７０年１２月生。１９９２年７月毕业于西南交通大学隧道和地下工程专业获学士学位。２００５年３月入同济大学读硕士研究生。已发表论文：［１］《合宁线桥梁用高性能混凝土配合比试验研究》《上海铁道科技》（ＳｈａｎｇｈａｉＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ），２００６年增刊，起止页码：１４２—１４４，国际标准刊号：ＩＳＳＮ国内统一刊号：ＣＮ３１－１５０２／Ｕ。［２］《合宁铁路双线简支箱梁制架施工组织优化管理》《铁道建筑》（ＲａｉｌｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ），２００７年１２期，起止页码：２７－３０，国际标准刊号：ＩＳＳＮ１００３－１９９５，国内统一刊号：ＣＮ１１－２０２７。Ｒａｉｌｗａｙ１６７１—６９９Ｘ，［３］《合宁铁路客运专线３２ｍ双线简支箱梁先张法和后张法施工方案的经济比选》（ＲａｉｌｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ），２００８年２期，起止页码：３０－３３，国际标准刊号：ＩＳＳＮ１００３－１９９５，国内统一刊号；ＣＮｌｌ一２０２７。高速铁路、客运专线预应力混凝土简支箱梁分析试验研究

作者：

学位授予单位：

武凤远

同济大学交通运输工程学院

1.会议论文 刘辉.朱颖.陈列 中国客运专线(高速铁路)建设回顾与思考 2008

研究目的:在简要论述国外和中国台湾高速铁路概况和技术特点基础上,分析我国修建客运专线(高速铁路)的原因,回顾我国客运专线铁路(高速铁路)发展历程,特别是关键技术的引进、消化吸收、自主创新、再创新的主要技术路线和主要建设成就.提出应加深认识和需要进一步思考的问题,为今后又快又好地建设我国客运专线(高速铁路)提供指导和参考.

研究结论:我国客运专线(高速铁路)建设应坚持以科学发展观为指导,按照以我为主,自主创新的基本技术思路,在利用已有研究和经验的基础上,借鉴、吸收国外客运专线(高速铁路)的先进技术和成熟经验,立足高起点、高标准,瞄准世界先进水平,形成具有中国自主知识产权的高速铁路技术体系.

2.期刊论文 刘辉.朱颖.陈列.LIU Hui.ZHU Ying.CHEN Lie 中国客运专线(高速铁路)建设回顾与思考 -铁道工程学报2008(z1)

研究目的:在简要论述国外和中国台湾高速铁路概况和技术特点基础上,分析我国修建客运专线(高速铁路)的原因,回顾我国客运专线铁路(高速铁路)发展历程,特别是关键技术的引进、消化吸收、自主创新、再创新的主要技术路线和主要建设成就.提出应加深认识和需要进一步思考的问题,为今后又快又好地建设我国客运专线(高速铁路)提供指导和参考.研究结论:我国客运专线(高速铁路)建设应坚持以科学发展观为指导,按照以我为主,自主创新的基本技术思路,在利用已有研究和经验的基础上,借鉴、吸收国外客运专线(高速铁路)的先进技术和成熟经验,立足高起点、高标准,瞄准世界先进水平,形成具有中国自主知识产权的高速铁路技术体系.

3.期刊论文 张新芳.ZHANG Xin-fang 高速铁路、客运专线防灾安全监控系统设计探讨 -铁道工程学报2006(2)

研究目的:提出\"防灾安全监控系统\"作为一种全新的、综合的自然灾害监控、预警系统,是确保高速铁路、客运专线列车高速、安全运行的重要技术手段之一.但是该系统目前还没有成熟的设计、应用实例,亟需系统整体解决方案.研究方法:结合相关高速铁路、客运专线的工程情况,提出了具体的设计方案,详细分析并研究确定了防灾安全监控系统的构成、监测功能及系统设置等问题.研究结论:提供了一套完整的防灾安全监控系统设计方案,为我国高速铁路、客运专线防灾安全监控系统的设计和建设提供了有益的借鉴和参考.

4.期刊论文 贾光智.昌晶 国外高速铁路融资趋势及其对我国客运专线建设的启示 -中国铁路2008(1)

高速铁路需要巨额的资金支持才能实现,国外在发展高速铁路过程中,不断推陈出新,拓展融资渠道,转换融资模式,呈现出新的融资趋势.我国铁路客运专线的建设和发展同样面临着艰巨的融资任务,借鉴国外基本经验,需要结合客运专线未来的经营模式,积极探索扩大权益性融资的多元化融资模式,从行业管理、国家政策等方面提供相应的配套措施予以支持.

5.学位论文 廖天武 客运专线引入铁路枢纽的关键问题研究 2007

铁路运输安全性好、运能大、运距长、费用低的经济技术特征，决定了其在国家经济发展及交通运输体系中的重要地位。我国社会经济的快速发展要求大力发展高速铁路。但由于我国高速铁路建设正处于起步阶段，缺乏经验积累和相关规划理论的指导。

高速铁路客运站作为综合交通网络的一个重要节点和城市的一部分，其站址的选择及与各交通方式的协调，对于充分发挥高速铁路的优点具有重要的作用。论文对客运专线引入铁路枢纽的几个关键问题进行了研究，重点是对客运专线引入后枢纽内铁路客运站的分工、高速铁路客运站选择、高速铁路客运站与各交通方式的协调发展问题进行了分析。论文所做的主要研究工作如下：

(1)从实现铁路枢纽内部的效益最大化出发，运用铁路运输组织相关理论，充分考虑旅客出行便捷性，从枢纽内旅客类别出发，提出了客运专线引入后枢纽内铁路客运站的分工模式：按旅客运距分工模式、按车站衔接方向分工模式、按旅行速度分工模式和综合分工模式。其中综合分工模式优于其他分工模式。

(2)在充分考虑高速铁路引入铁路枢纽影响因素的基础，运用AHP法，建立了高速铁路客运站选址方法。

(3)在对我国普通铁路与各交通方式协调发展布局模式分析的基础上，从城市发展及充分发挥高速铁路优势出发，以旅客全出行过程为主线，在充分考虑综合交通效益最大化和方便旅客出行的基础上，提出了高速铁路客运站与各交通方式协调发展的立体布局模式。

6.期刊论文 刘建成.Liu jiancheng 高速铁路及客运专线工程造价解析 -铁路工程造价管理2010,25(3)

结合当前已建成或在建高速铁路和客运专线铁路建设项目实际,依据铁路概(预)算编制办法的相关规定,从宏观和微观两个层面剖析铁路工程造价的组成及确定问题.采用数理统计的方法,调整、计算了较为合理的综合工程造价指标和专业单项工程造价指标,从设计标准和工程措施的差异方面论证了指标的合理性,为设计、咨询和项目决策人员提供参考和借鉴.

7.会议论文 辛维克 我国客运专线铁路工程测量技术的发展与展望 2008

研究目的:围绕建设高速铁路保证轨道高平顺性的关键技术之一的高速铁路工程测量技术,系统回顾我国普通铁路、客运专线铁路工程测量发展和实践的历程,系统介绍我国高速铁路及客运专线铁路工程测量技术和标准研究的基点和成果,提出对今后需要进一步研究的几个问题.

研究结论:研究认为,我国普通铁路工程测量精度已不能满足高速铁路及客运专线铁路的轨道工程,尤其是无砟轨道工程的铺轨和整道需要.从秦沈客运专线建设和京沪高速铁路前期的研究,到客运专线铁路建设的全面展开,我国铁路测量技术已在实践中不断发展.现在,依据当今最新测量技术,借鉴国外高速铁路测量经验,从满足轨道平顺性要求出发,已建立起我国客运专线铁路工程测量体系和标准,并在实践中不断完善.新的测量技术体系,已成功在京津城际铁路和武广、郑西等所有客运专线应用,为保证无砟轨道精度和轨道工程的高平顺性提供了可靠测量技术保证.

8.学位论文 李力 高速铁路旅客列车开行方案研究 2010

随着我国客运专线建设的全面开展，客运专线的运输组织、开行方案等问题已被提上日程。客运专线不同于既有的铁路，它有着客运专用、列车速度高、受旅客影响大、与既有线关系复杂等特点。客运专线的建成将缓解我国既有主要干线的运输压力，节省旅客出行的时间，提高社会运转的效率，对于铁路跨越式的发展有着重大的意义。
　　

旅客列车的开行方案是旅客列车运营组织工作中的一个重要的部分。但是我国的高速铁路事业起步较晚，关于客运专线旅客列车开行方案的研究还缺乏一定的系统性和可操作性。同时，在我国客运专线的建设和运营组织中还缺乏可充分借鉴的实例。国外的高速铁路无论在技术上或者是理论上都相对要成熟。因此本文在学习参考国外高速铁路相关开行方案的基础上，结合我国的实际情况来进行研究。
　　

列车开行方案涉及方方面面的许多因素，在当前客运市场复杂多变的情况下，制定一个合理的开行方案是旅客运输所面临的急需解决的问题。为了制定科学合理的客运专线旅客列车开行方案，本文首先系统的分析了影响客运专线旅客列车开行方案的各个因素，在此基础上从铁路部门的收益和旅客的支出两个方面考虑建立了旅客列车开行方案的综合优化模型。并提出对客流性质进行分层考虑。然后建立一个路网模型，在对路网模型进行了由网到树再到线的简化，以及车站等级划分的基础上以算例说明了模型的求解算法。最后通过一个计算机程序来验证模型在实际当中的应用以及算法的可行性及有效性。为客运专线旅客列车开行方案的制定提供了理论依据。

9.期刊论文 辛维克.XIN Wei-ke 我国客运专线铁路工程测量技术的发展与展望 -铁道工程学报2008(z1)

研究目的:围绕建设高速铁路保证轨道高平顺性的关键技术之一的高速铁路工程测量技术,系统回顾我国普通铁路、客运专线铁路工程测量发展和实践的历程,系统介绍我国高速铁路及客运专线铁路工程测量技术和标准研究的基点和成果,提出对今后需要进一步研究的几个问题.研究结论:研究认为,我国普通铁路工程测量精度已不能满足高速铁路及客运专线铁路的轨道工程,尤其是无砟轨道工程的铺轨和整道需要.从秦沈客运专线建设和京沪高速铁路

前期的研究,到客运专线铁路建设的全面展开,我国铁路测量技术已在实践中不断发展.现在,依据当今最新测量技术,借鉴国外高速铁路测量经验,从满足轨道平顺性要求出发,已建立起我国客运专线铁路工程测量体系和标准,并在实践中不断完善.新的测量技术体系,已成功在京津城际铁路和武广、郑西等所有客运专线应用,为保证无砟轨道精度和轨道工程的高平顺性提供了可靠测量技术保证.

10.期刊论文 漆安建 客运专线引入铁路枢纽的相关问题分析 -中国高新技术企业2009(13)

随着我国设计经济建设快速发展,安全性好、输运能力强、费用较低的铁路运输在国家经济中地位越来越重要.而我国高速铁路规划还不是很完善,文章对于客运专线引入铁路枢纽的几个关键问题进行了研究,重点是对客运专线引入后枢纽内铁路客运站的分工、高速铁路客运站选择、高速铁路客运站与各交通方式的协调发展问题进行了分析.

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Thesis_Y1604639.aspx

授权使用：中南大学(zndx)，授权号：477cf980-257b-4f03-ac3d-9e9100f06551

下载时间：2011年2月21日