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(xiàn)場實測相結(jié)合的方法,在上海市軌道交通明珠線的高架橋橋梁主體結(jié)構(gòu)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(dǎo)意見。
關(guān)鍵詞　軌道交通,高架橋,預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力混凝土梁,包括預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋以及四座節(jié)點大橋等。高架橋上采用無碴、剛性軌下基礎(chǔ)和無縫線路的軌道結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好,養(yǎng)護工作量小,但軌道結(jié)構(gòu)的可調(diào)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(diào)整量更是有限。
明珠線這樣規(guī)模的長大高架橋是國內(nèi)第一次建造。為了避免橋梁過量徐變值引起線路調(diào)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(shè)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(yīng)力不變時,其應(yīng)變隨時間而持續(xù)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(xù)荷載卸除后,立即產(chǎn)生彈性恢復(fù),并伴有少量的徐變恢復(fù)。
假定結(jié)構(gòu)內(nèi)任意點上的應(yīng)力在計算時間歷程
(t -τ) 內(nèi)為常值,則結(jié)構(gòu)內(nèi)任意點K在時刻t 的
總應(yīng)變?yōu)?
Δk =δk +φ(t,τ)δk (1)
式中:δk 為結(jié)構(gòu)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(shù)。其中,結(jié)構(gòu)的徐變變形為φ(t,τ)δk。
根據(jù)我國《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)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(shè)ti為計算時刻,則ti-1 收縮引起的應(yīng)變增量為: Δσcs(ti ,ti-1)
Δεcs(ti,ti-1)= E(ti-1)
至ti時間內(nèi)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(shù)要求
為了驗證徐變的理論計算結(jié)果,指導(dǎo)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(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁)6 處、四座節(jié)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(shè):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(shè)9 個測點,大跨度梁還在中孔L/4 跨截面處加設(shè)6 個測點。
2) 測量內(nèi)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?shù)闹谱?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(yù)焊在梁體鋼筋上。
4) 觀測周期:預(yù)應(yīng)力張拉或體系轉(zhuǎn)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(yīng)力的影響,測量宜在日出前半小時內(nèi)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(jié)果的比較
3. 1 　預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁
4 孔L = 30 m 預(yù)應(yīng)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(jié)果如圖1 所示。從圖可知,理論計算值與實測結(jié)果在變化趨勢和數(shù)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(yù)留彈性變形即可。

圖1 　L = 30 m 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁的徐變變形
3. 2 　預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁化趨上基本一致,數(shù)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(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)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(jié)果如只計預(yù)留彈性變形即可。圖2 所示。從圖可知,理論計算值與實測結(jié)果在變

圖2 　預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)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(jié)點橋(中山西路橋) 的比較結(jié)果如圖3 所示。從圖可知,理論計算值與
中山西路3 跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋(80 m 實測結(jié)果在變化趨勢上基本一致,但是數(shù)值上有差異;中跨的理論計算值與實測結(jié)果基本吻合;邊跨的理論計算值與實測結(jié)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(yīng)預(yù)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(jié)語

(1) 明珠線的預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁以及節(jié)點橋中山西路橋的徐變變形實
測結(jié)果與理論計算值在變化趨勢上是一致的,但實測結(jié)果的數(shù)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(xiàn)行設(shè)計規(guī)范的理論計算值來預(yù)估后期徐變值是可行的。
(3) 從明珠線的案例可知,對于預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁和預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁,當跨度較小時,在承軌臺施工中只需要預(yù)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(yù)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(yù)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(guī)劃設(shè)計院. 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(J TJ023 -85) . 北京:人民交通出版社,1985
2 　建設(shè)部綜合勘察研究設(shè)計院. 建筑變形測量規(guī)程. 北京:中國建筑工業(yè)出版社,1998
3 　首都規(guī)劃建設(shè)委員會辦公室. 地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范. 北京:中國計劃出版社,2000