摘要：通过秦洗客运专践无碴轨道颓应力混凝土简支箱梁的介绍，对预应力混凝土梁徐变上拱的控制方法做了较为深入的探讨，以便为今后的同类工程提供借鉴。
关键词：无碴轨道 预应力混凝土梁 设计 研究
1概述
在各国高速铁路桥梁设计中，为了保证旅客乘坐的舒适度以及对轨道的平顺性要求、已大量采用了无碴轨道结构与传统的有碴轨道相比，无碴轨道结构由于其维修作业量显著减少，其有轨道稳定性与耐久性好、平顺性高的突出优点，因而，在日本、德国、英国、意大利等国家的高速铁路桥梁设计中，已得到了广泛应用。
无碴轨道从根本上解决了传统的有碴轨道在频繁动载作用下轨道状态的稳定问题，从而大幅度减少轨道结构的维修作业量，使线路养护维修费用大大降低，并简化轨道的维修管理。
桥上无碴轨道的应用与隧道、路基不同，桥梁结构在活载作用下的弹性变形以及恒载作用下的长期变形都会直接影响到桥上轨道结构的受力、平顺性及行车安全，由于无碴轨道设备在铺设后，不能象有碴轨道那样进行起道和拨道作业，而且轨道扣件的调高量有限，因此，无碴轨道要保证轨道的平顺性，就必须解决轨道铺设后预应力混凝士梁的后期徐变上拱问题。即对预应力产生的徐变上拱需要有严格的限制。
秦沈客运专线是我国第一条时速在160km以上的新建铁路，为了推广无碴轨道在我国铁路桥梁上的应用，研制了不同轨道形式的预应力混凝土简支箱梁。
2结构设计
(1) 主要设计原则
① 设计依据为《时速200km新建铁路线桥隧站设计暂行规定》；
② 结构按全预应力结构设计，适用于双线线间距为4．6m的直线桥梁，桥面宽度为12．4m；
③ 设计荷载：采用ZK活载；
④ 梁体的刚度通过车线桥动力响应计算确定，在列车横向摇摆力、离心力、风力和温度力的作用下，梁体的水平挠度应不大于梁体计算跨度的1／4000；在列车静活载作用下，梁体扭转角不得大于1‰；
⑤ 梁体徐变上拱度：自无碴轨道结构施工结束之日起梁体产生的残余徐变上拱值不大于10mm。
(2) 主要材料及数量
主梁采用C50混凝土及公称直径15．20mm，强度级别为1860MPa的低松弛钢绞线，结构主要工程数量及尺寸见表1和图1。
(3) 主要设计指标
无碴轨道箱梁的梁高是通过动力仿真分析确定的，由于其梁高比同跨度有碴轨道箱梁高10～20cm，与有碴轨道箱梁相比，梁体刚度增大．截面抗弯能力得以提高，加之梁顶采用平置后，用加铺垫层的方法进行排水处理，梁体自重与二期恒载比有碴轨道箱梁有所碱少。在满足各项主要技术指标要求的条件下，经计算．无碴轨道箱梁所需的预应力材料比同跨度有碴轨道箱梁减少了约10%。各项主要设计指标计算值见表2。
3梁体徐变上拱值的控制
(1) 影响预应力混凝土梁徐变上拱的因素
有关研究表明(参见铁科院《高速铁路无碴轨道预应力混凝土箱形简支梁像变上拱的限值与控制》，影响预应力混凝土梁徐变上拱的因素较多，有设计、施工、环境等。
设计方面因素主要有：桥梁在使用阶段恒载作用下的桥梁截面下缘应力水平和桥梁的恒、活载设计弯矩比值。长期受压的混凝土徐变变形与其应力大小有直接关系，一般认为，当应力在0.4R（R为棱柱体抗压强度)以内时，徐变变形随应力增大呈线性发展；超过0．4R时，便产生非线性徐变，会导致变形及上拱迅速增大(欧洲CEB—FIP混凝土结构设计2．1．6.4.3条)。在设计过程中，一般采用较大的高跨比以加大梁的竖向刚度，来减小活载作用下的梁体下缘混凝土拉应力值；其次，通过调整预应力筋的布置使梁的截面上下缘应力在预应力筋及恒载的作用下尽量接近．从而将梁体徐变上拱值控制在规定的限值之内。
从理论上讲，预应力筋对梁体截面产生的预应力效应包括轴力和弯矩两部分，当预应力弯矩与恒载产生的截面弯矩充分接近时，梁体截面将长期处于均匀受压状态，梁体的徐变上拱很小，甚至接近于零。这种理想状态对全预应力梁而言，只有当主梁截面的恒、活载设计弯矩比符合以下条件时才能实现，即：
M恒/M活≈A*e/W下
式中M恒——挢梁自重及二期恒载产生的截面弯矩；
M活——桥梁设计活载产生的截面弯矩；
A——截面面积；
e——截面的预应力偏心距；
W下——截面的下缘弯曲抵抗矩。
当M恒/M活小于或大于A*e/W下时，截面将长期处于偏心受压状态，必然出现徐变上拱或下挠，并随其差值的增大而增加：在梁体控制截面的设计弯矩中，当恒载弯矩所占的比例大时，徐变上拱较小。因此，当线路标准制定后，设计活载为定值，在梁跨相同情况下，对于不同线路设备等二期恒载设计值及梁高，二期恒载设计值较大及梁高较大者，恒活载弯矩比也相应增大，梁体徐变上拱值会相应降低。当荷载、主梁截面确定后，可通过调整预应筋布置，使A*e/W下值与M恒/M活尽量接近，越接近者其徐变变形值越小。
（2）混凝土徐变终极系数的确定
由于徐变系数Ф的取值与结构的暴露条件、构件龄期、构件尺寸、截面形就等因素有关，并存在箱梁内外在暴露条件不同时的差异。有关混凝土徐变的计算，关键是要对其徐变系数Ф取值尽量与实际条件相符。目前世界各国有关设计规范对混凝土徐变终级系数的取值也不尽相同，见表3：
从表3可看出，采用不同的计算规范．徐变终级系数有一定的差异。经分析比较及参照有关研究资料，确定以参照英国规范BS5400所取徐变参数来计算梁体各阶段混凝土徐变。
(3)预应力绦变上拱限值确定
在采用工地制梁或工厂制梁时，无碴轨道残余徐变上拱设计限值需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为0．3，因此，对无碴轨道预应力箱梁预制的变异系数也取为0.30，在残余徐变上拱度不大于10mm时，有：
保证率下预应力徐变上拱设计限值。
4无碴轨道梁徐变上拱度控制
梁体截面应力需考虑剪力滞的影口，要对截面有效宽度进行修正，变形则采用全截面值，以反映梁体实际刚度。各阶段均梁体变形均未考虑剪切变形的影响，经过对预应力筋的布置调整，秦沈客运专线无碴轨道箱形梁在使用阶段按全部恒载作用下的截面上下缘应力值及恒、活载设计弯矩比见表4。
另外，无碴轨道箱形梁的设计还必须考虑施工方面因素，并在施工过程中进行控制。
首先，水灰比和水泥用量对混凝土徐变变形有一定影响，在相同水灰比情况下，徐变变形随水泥用量增多而变大；当水泥用量一定时，又会随水灰比的增大而增加。其次，考虑到骨料在混凝土中主要是对水泥浆体徐变起约束作用，其程度取决于骨料的弹性模量和体积含量，因此，要求施工时应强调选用弹性模量较高的岩石和适宜的级配。最后，还要考虑施加预应力时梁体的弹性模量的影响，偏低的弹性模量会引起较大的徐变上拱。在施加预应力前．除了检验混疑土强度外，还应同时检测其弹性模量，在两者均满足设计要求后，再予以施加预应力。
另外，徐变及徐变上拱度对环境湿度、温度相当敏感，其影响具有滞后性，温度升高，梁体上拱度增大；湿度加大，梁体上拱度会相应减小设计要求水灰比不大于0．40，终张拉期限不小于10d，二期恒载施加期限在终张拉后不少于60d进行控制。
有关梁体跨中挠度及徐变上拱计算结果比较见表5，具体数值计算方法在此不在赘述。
从表5结果看，最终残余徐变上拱度均满足了设计要求。
5结语
无碴轨道预应力混凝土整孔简支箱梁的残余徐变上拱必须予以严格控制，设计时应综合考虑不同生产工艺、结构所处环境条件等因素的影响。
实践证明，采用较大的高跨比通过加大梁的刚度，降低梁体下缘应力水平，是有效地降低结构徐变上拱的前提，而严格控制预应力张拉时间及桥面轨道铺设时间是控制无碴轨道预应力箱梁残余徐变上拱度值的关键。秦沈客运专线无碴轨道梁现正处于施工阶段，通过施工期间的监测，目前梁体在预筋张拉后的前期徐变上拱值与设计计算接近；对二期恒载施加后的梁体徐变上拱值与设计计算的符合程度，还需在今后进一步得到验证。
建议在今后同类型无碴轨道梁的设计中，要控制其挠跨比不宜大于1／400O，预加应力龄期不宜早于l0d，桥面轨道铺设应在预应力终张拉后60d进行。无碴轨道梁除了在设计中要采用较大刚度，按梁体弯矩共轭轴合理地布置预筋位置外，施工中还必须严格控制混凝土质量和工艺，水灰比不得大于0.4，并严格控制水泥用量，确保其弹性模量不低于设计值，施加预应力严格实行“双控”，严禁超张拉，确保满足预应力徐变拱限值的要求。
参考文献
1 范立础，桥梁工程(第二板).人民交通出版社，1987
2 结构．日本铁道结构物设计等标准•同解说，l992
3 DS804德国铁路桥梁设计规范
4 BS5400Part5-10英国钢桥、混凝土桥及结合桥
