基于不同收缩徐变模型的铁路连续刚构桥梁体变形分析

摘要：为研究收缩徐变预测模型对大跨高速铁路连续刚构桥梁体变形的影响，基于某大跨度变截面连续刚构桥，利用Midas Civil建立有限元模型，分析了不同预测模型及加载龄期对梁体变形的规律。结果显示，不同预测模型对全桥挠度预测存在显著差异，且当加载龄期由3d增至28d，中跨变形增幅0.09%，边跨挠度减幅0.34%。研究为梁体变形控制提供了重要参考。

关键词：收缩徐变预测模型、铁路桥、连续刚构桥、梁体变形

连续刚构桥以跨越能力强、性能优良、适应复杂地形等优势广泛应用于铁路工程，但大跨桥梁常面临跨中过度下挠和开裂问题，影响列车运行安全与舒适性。学者们通过配置预应力筋、边跨压重等措施研究变形控制，但多聚焦变形原因分析，缺乏具体参数化研究与有效控制方案[1，2]。本文以某跨径240m连续刚构桥为背景，分析不同预测模型、加载龄期对梁体变形的影响，探讨变形机制，为该桥型在高速铁路中的应用提供科学参考。

一、工程概况及模型建立

本研究大跨变截面连续刚构桥全长240m，桥跨布置为（65+110+65）m的连续刚构桥，主跨110m。结构材料方面，主梁、桥墩分布采用C55、C40混凝土，立面布置图如图1。采用MIDAS CIVIL 2022桥梁专用分析软件建立全桥模型，其中混凝土和钢绞线依据规范《铁路桥涵混凝土结构设计规范》（TB 10092-2017），混凝土周围环境相对湿度70%。钢绞线张拉控制应力，预应力筋采用标准强度为1860MPa的高强度低松弛钢绞线，其钢绞线的直径为Φ15.2，其余各材料特性见表1。基于《铁路桥涵混凝土结构设计规范》（TB 10092-2017），以考虑混凝土收缩徐变，加载龄期为3d，粉煤灰含量为0建立基准模型，其中收缩徐变预测模型选用JTG3362-2018预模型。分析工况考虑了支座沉降、恒载、预应力钢束及混凝土收缩徐变等长期荷载作用，具体工况如下：0.5支座沉降+恒荷载+钢束预应力+收缩徐变。

二、主梁变形影响因素研究

1.不同收缩徐变预测模型下梁体变形分析

为确保设计安全可靠，准确预测大跨度高速铁路连续刚构桥梁体变形，本节基于基准模型，通过改变收缩徐变预测模型分析其影响规律。常用模型包括JTG3362-2018、ACI、CEB-FIP（2010）、CEB-FIP（1990）和CEB-FIP（1978）。CEB-FIP（1978）模型徐变系数前期增长快，后期趋缓，但对加载龄期影响不敏感，受强度和温度影响较大；CEB-FIP（1990）模型考虑了龄期、强度、养护及环境温度等因素；CEB-FIP（2010）模型试验结果与计算预测吻合较好；ACI模型采用双曲线函数描述徐变，精度较低，主要提供简化设计依据。目前，《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362-2018）基于CEB-FIP（1990）模型发展而来。基于建立的实桥模型，对不同混凝土收缩徐变预测模型对桥梁十年后主梁挠度影响的变化规律进行了分析，如图2所示。不同预测模型下连续刚构桥主梁沿纵桥向的变形规律基本一致：边跨跨中上挠变形最大，中跨跨中下挠变形最大。然而，不同预测模型对全桥主梁挠度的具体预测结果存在显著差异。其中，ACI模型计算的主梁变形值最大，中跨跨中下挠变形达到269.80mm；而CEB-FIP（2010）模型的计算值最小，中跨跨中下挠变形仅为134.78mm，两者相差近2倍。这表明，收缩徐变预测模型的选择对连续刚构桥主梁变形的评估结果具有重要影响，直接关系到变形控制和设计参数的合理性。

2.不同加载龄期对梁体变形分析

为探究加载龄期对大跨高速铁路连续刚构桥梁体变形的影响规律，基于基准模型，分别取加载龄期为3d、5d、7d、14d、28d对连续刚构桥的梁体变形展开分析。不同加载龄期的竖向挠度和位置关系曲线如图3。分析图3表明在不同加载龄期作用下，桥梁结构变形的差距不大，其中，中跨挠度最大，中跨变形显著大于边跨变形。加载龄期分别取3d、5d、7d、14d、28d时中跨变形最大挠度分别为-184.25mm、-184.28mm、-184.31mm、-184.41mm、-184.62mm，随着加载龄期增加，连续刚构桥变形最大增加2.01%，边跨跨中下挠变形分别为-32.67mm、-32.67mm、-32.66mm、-32.63mm、-32.56mm，连续刚构桥边跨跨中变形最大可减小0.34%。研究表明，大跨度连续刚构桥梁体的边跨挠度随着加载龄期的增加逐渐减小，而中跨挠度则随加载龄期的增加逐渐增大。因此，在合理范围内适当增加加载龄期，可以有效改善桥梁结构的变形行为，提升桥梁长期服役性能。

三、结论

本文以某大跨度变截面连续刚构桥为工程背景，基于有限元参数敏感性分析，对混凝土预测模型、加载龄期等参数对连续刚构桥主梁梁体变形影响规律展开研究，得出结论如下：（1）不同预测模型下，连续刚构桥主梁变形规律一致：边跨跨中上挠最大，中跨跨中下挠最大，但挠度预测差异显著。其中，ACI模型跨中下挠最大为269.80mm，CEB-FIP2010模型最小为134.78mm，相差约2倍。（2）基于JTG3362-2018预测模型，加载龄期从3d增至28d，中跨跨中变形增0.09%，边跨跨中挠度减0.34%。随着加载龄期增加，中跨挠度逐渐增大，边跨挠度逐渐减小。

参考文献：

[1]王博妮，马海涛，张明明.高墩大跨连续刚构桥施工全过程稳定性分析[J]. 铁道建筑，2024，64（6）：96-101.

[2]沈建良，马文朔，严兵，等.基于静力变形的大跨连续刚构桥钢束状态反演识别与评估[J].公路，2024（10）：80-87.

【作者简介】马亚腾（1998.02-），男，汉族，河北省石家庄市人，硕士研究生学历，中国铁路西安局集团有限公司工务机械段工作，主要研究方向：桥梁工程。