專利名稱：高速鐵路預制箱梁收縮徐變仿真分析用模型梁的制作方法
技術領域：
本發明涉及橋梁收縮徐變分析領域，尤其是涉及一種適用于高速鐵路預制箱梁收 縮徐變仿真分析的模型梁的制作方法。
背景技術：
工程結構模型試驗作為大型結構試驗的輔助試驗和替代試驗，作為結構設計、分 析計算的輔助手段，在工程實際中得到十分廣泛的應用。模型設計是試驗的第一環節，也是 至關重要的環節，它是試驗成功與否的關鍵。在試驗前期關系到模型的尺寸、材料選取和荷 載情況，試驗結束后則關系到試驗數據的處理和試驗結果的有效性。模型設計中應綜合考 慮各種因素，如模型類型、模型材料、試驗條件以及模型的制作等，以確定物理量的相似常 數。顯然，原型結構的試驗是很受限制的，完全按比例縮小而不做簡化處理的模型是極不易 制作的，同時由于構件理論厚度是影響結構徐變行為的一個重要因素，因而非足尺寸的模 型梁徐變試驗一般也很難準確反映原型梁的徐變行為。
發明內容
針對上述技術問題，本發明提供了一種適用于高速鐵路預制箱梁收縮徐變仿真分 析用模型梁的制作方法，有效解決了原型梁結構試驗耗費巨大、嚴格縮小模型生產困難、一 般模型試驗數據不準確等問題，使得用簡單、經濟的模型結構準確地反映原型結構的徐變 行為。為實現上述目的，本發明提供了一種高速鐵路預制箱梁收縮徐變仿真分析用模型 梁的制作方法，以高速鐵路的簡支箱梁為原型，制作用于模擬分析原型梁收縮徐變行為的 模型梁，建立起模型梁和原型梁之間徐變的相似關系，通過對模型梁的收縮徐變觀測試驗 來揭示原型梁的徐變。使模型梁與原型梁相應點應力應變相等、材料相同、配筋率相等、環境相同。將原型梁的長度縮小一定的比例制作模型梁(10)，從剛度模擬的角度出發，推導 出靜力學試驗模型與原型的相似條件，計算出材料性能、幾何特性和荷載情況的多個物理 量相似常數的數值，通過相似關系換算，將箱形截面簡化成T形截面。模型梁采用的預應力筋采用兩束鋼絞線，兩束預應力筋(1)上下排列于模型梁(10)橫截面的中心，且上下兩束預應力筋的中段靠近模型梁的底部，兩端向上起彎，鋼筋 (2)截面配筋率與原型梁相等。在制作模型梁時，在模型梁內埋設應變計(7)。在模型梁10兩個支座中心線所在的橫截面上、在梁跨中心線所在的橫截面上各 自豎直埋設多個應變計(7)。在模型梁10底部兩個支座附近和模型梁10底部梁跨中心線位置各自架設位移計[11]，用于對模型梁進行豎向變形觀測。所述模型梁制的制作步驟包括模板制作和安裝，鋼筋籠綁扎，膠管定位，埋設應變計(7)，安裝錨墊板，澆筑混凝土，蒸汽養護，拆模，抽拔膠管，穿鋼絞線，架設位移計(11)， 混凝土試壓，預應力初張拉，移梁至支座，補償荷載施加，混凝土試壓，終張拉，存梁。所述模型梁制的制作步驟進行精簡，不進行割絲、壓漿、封錨，不設錨穴。本發明的有益效果1、能夠模擬客運專線3 !預應力箱梁包括收縮徐變在內的各種力學性能和變形 性能，具有針對性強、數據準確等優點。2、通過截面形式的修改和次要部位的簡化，該模型T梁結構簡單、易于施工。3、可以最大限度利用現場材料和施工設備，節省制作成本，具有較高的經濟性和 實用性。
圖1是箱梁原型橫截面圖；圖2是本發明模型梁正視圖；圖3是圖2的右視圖；圖4是圖2中的梁跨中心截面圖；圖5是圖3中的A-A截面圖；圖6是本發明模型梁梁體鋼筋布置正視圖；圖7是圖6中B-B截面圖；圖8是圖6中C-C截面圖；圖9是應變計在圖10的F-F截面上的布置圖；圖10是圖9中的D-D和E-E截面圖；圖11是位移計結構示意圖；圖12是位移計布置圖。圖中1、預應力筋，2、鋼筋，3、Φ 16鋼筋，4、Φ 12鋼筋，5、Φ8鋼筋，6、Φ 22鋼筋， 7、應變計，8、磁性表座，9、千分表，10、模型梁，11、位移計，12、支座。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明的技術方案進行描述以如圖1所示的滬杭鐵路客運專線3 !跨度的簡支箱梁為原型結構，采用與箱梁 原型相應點應力應變相等、材料相同、配筋率相等、環境相同的相似模型對原型進行模擬分 析。確定模型比值為1 4，即模型與原型梁長和梁高比為1 4，(模型梁長8.; ,跨徑 8m，梁高0.77m)。從剛度模擬角度出發，推導出靜力學試驗模型與原型的相似條件，計算 出材料性能、幾何特性和荷載情況的多個物理量相似常數的數值(混凝土和鋼筋的應力、 應變比都為1 ；跨中截面面積相似比1 31. 7;預應力筋偏心比1 5. 52;恒荷載集度比 1 10.94)。對模型進行了適當的簡化包括，如不設錨穴，根據箱梁結構的受力特性通過相 似關系換算，將箱形截面簡化成T形截面，如圖2所示。如圖3、4、5所示，根據相似條件，計 算模型梁預應力鋼筋1兩束4 Φ s15. 2鋼絞線fpk = 1860MPa,兩束預應力筋1上下排列于模 型梁1橫截面的中心，且上下兩束預應力筋1的中段靠近模型梁10的底部，兩端向上以7° 和8°的起彎角翹起。模型梁10內普通鋼筋2的布置如圖6、7、8所示，普通鋼筋2截面配筋率與箱梁原型相等，其中底部縱向鋼筋采用直徑為16mm的Φ 16鋼筋3，其他縱向鋼筋采 用直徑為12mm的Φ12鋼筋4，橫向鋼筋采用直徑為8mm的Φ 8鋼筋5，用作吊環的起吊鋼筋 采用直徑為22mm的Φ 22鋼筋6，梁體混凝土保護層厚度為35m。模型梁的補償荷載Aq = 13. 6KN/m和二期恒載值12. 8KN/m,以及初張拉控制應力為0. 5fpk、終張拉控制應力0. 72fpk。 接著下來開展模型試驗，包括模型梁制作和收縮徐變觀測。模型梁制作步驟模板制作和安 裝，鋼筋籠綁扎，膠管定位，埋設應變計7，安裝錨墊板，澆筑混凝土，蒸汽養護，拆模，抽拔膠 管，穿鋼絞線，架設位移計11，混凝土試壓，預應力初張拉，移梁至支座，補償荷載施加，混凝 土試壓，終張拉，存梁。其中，如圖9、10所示，在模型梁10兩個支座中心線所在的D-D截面 上各埋設3個應變計7，且依次自上而下布于D-D截面的中心，上、下兩個應變計7分別靠近 模型梁10的上端和下端，中間的應變計7布于中間偏上的位置；在梁跨中心線所在的E-E 截面上也同樣的方式布置3個應變計7。收縮徐變觀測利用上述應變計7對每片T型梁 的支座中心線截面、梁跨中心線截面對應變和溫度進行長期觀測。如圖11、12所示，同時在 模型梁10底部兩個支座(1 附近各架設一臺位移計11，還在模型梁10底部梁跨中心線位 置架設一臺位移計11，對模型梁進行豎向變形觀測；其中位移計的底座為磁性底座8，顯示 表為千分表，也可以為百分表。最后建立模型梁與箱梁原型梁彈性上拱和徐變上拱的相似 關系，并推算出原型梁在施加預應力和二期恒載時的彈性上拱值和徐變上拱值，計算值與 實測值吻合情況良好。另外，各施工階段，模型梁與原型梁相應截面位置的應力基本一致。具體實施過程如下為通過模型試驗的方法來研究客運專線預應力箱梁的徐變現 象，以滬杭鐵路客運專線3 !跨度的簡支箱梁為原型結構，建立模型和原型之間徐變的相 似關系，設計制作了本發明模型梁結構，推導出模型梁與原型梁的彈性上拱和徐變上拱的 相似關系，試驗結果驗證了本發明能夠較準確的反映原型的徐變。進一步，通過分析確定了模型的類型和設計原則采用與原型相應點應力應變相 等、材料相同、配筋率相等、環境相同的相似模型。進一步，對模型進行了適當的簡化包括不進行割絲、壓漿、封錨，不設錨穴；根據 箱梁結構的受力特性通過相似關系換算，將箱形截面簡化成T形截面。確定模型與原型梁 長和梁高比尺為1 4。進一步，推導出靜力學試驗模型與原型的相似條件從剛度模擬角度出發，計算出 材料性能、幾何特性和荷載情況的多個物理量相似常數的數值。模型梁與原型梁跨中截面 面積相似比1 31.7 ；預應力筋偏心比1 5. 52;恒荷載集度比1 10.94。進一步，根據相似條件，計算模型鋼筋(包括預應力鋼筋、構造配筋)的根數和布 置情況，繪制出詳細的T形模型梁施工圖。計算出模型梁的補償荷載和二期恒載值。進一步，模型梁試驗步驟，包括模型梁制作和收縮徐變觀測。模型梁制作模板安 裝，鋼筋籠綁扎，膠管定位，埋設應變計，安裝錨墊板，澆筑混凝土，蒸汽養護，拆模，抽拔膠 管，穿鋼絞線，架設位移計，混凝土試壓，預應力初張拉，移梁至支座，補償荷載施加，混凝土 試壓，終張拉，存梁。收縮徐變觀測對每片T型梁的支座、1/2跨截面應變和溫度進行長期 觀測。同時在截面底部架設位移計進行豎向變形觀測。進一步，建立模型梁與原型梁彈性上拱和徐變上拱的相似關系，并推算出原型梁 在施加預應力和二期恒載時的彈性上拱值和徐變上拱值，計算值與實測值吻合情況良好。 另外，各施工階段，模型梁與原型梁相應截面位置的應力基本一致，驗證了模型設計的合理性。本發明具有如下優點1、能夠模擬客運專線3 !預應力箱梁包括收縮徐變在內的各種力學性能和變形 性能，具有針對性強、數據準確等優點。2、通過截面形式的修改和次要部位的簡化，該模型T梁結構簡單、易于施工。3、可以最大限度利用現場材料和施工設備，節省制作成本，具有較高的經濟性和 實用性。
權利要求
1.一種高速鐵路預制箱梁收縮徐變仿真分析用模型梁的制作方法，以高速鐵路的簡支 箱梁為原型，制作用于模擬分析原型梁收縮徐變行為的模型梁，建立起模型梁和原型梁之 間徐變的相似關系，通過對模型梁的收縮徐變觀測試驗來揭示原型梁的徐變。
2.根據權利要求1所述的高速鐵路預制箱梁收縮徐變仿真分析用模型梁的制作方法， 其特征在于使模型梁與原型梁相應點應力應變相等、材料相同、配筋率相等、環境相同。
3.根據權利要求2所述的高速鐵路預制箱梁收縮徐變仿真分析用模型梁的制作方法， 其特征在于將原型梁的長度縮小一定的比例制作模型梁(10)，從剛度模擬的角度出發， 推導出靜力學試驗模型與原型的相似條件，計算出材料性能、幾何特性和荷載情況的多個 物理量相似常數的數值，通過相似關系換算，將箱形截面簡化成T形截面。
4.根據權利要求1或2或3所述的高速鐵路預制箱梁收縮徐變仿真分析用模型梁的制 作方法，其特征在于模型梁采用的預應力筋采用兩束鋼絞線，兩束預應力筋(1)上下排列 于模型梁(10)橫截面的中心，且上下兩束預應力筋的中段靠近模型梁的底部，兩端向上起 彎，鋼筋(2)截面配筋率與原型梁相等。
5.根據權利要求1或2或3所述的高速鐵路預制箱梁收縮徐變仿真分析用模型梁的制 作方法，其特征在于在制作模型梁時，在模型梁內埋設應變計(7)。
6.根據權利要求5所述的高速鐵路預制箱梁收縮徐變仿真分析用模型梁的制作方法， 其特征在于在模型梁10兩個支座中心線所在的橫截面上、在梁跨中心線所在的橫截面上 各自豎直埋設多個應變計(7)。
7.根據權利要求1或2或3所述的高速鐵路預制箱梁收縮徐變仿真分析用模型梁的制 作方法，其特征在于在模型梁10底部兩個支座附近和模型梁10底部梁跨中心線位置各自 架設位移計(11)，用于對模型梁進行豎向變形觀測。
8.根據權利要求1或2或3所述的高速鐵路預制箱梁收縮徐變仿真分析用模型梁的制 作方法，其特征在于所述模型梁制的制作步驟包括模板制作和安裝，鋼筋籠綁扎，膠管定 位，埋設應變計(7)，安裝錨墊板，澆筑混凝土，蒸汽養護，拆模，抽拔膠管，穿鋼絞線，架設位 移計(11)，混凝土試壓，預應力初張拉，移梁至支座，補償荷載施加，混凝土試壓，終張拉，存梁。
9.根據權利要求8所述的高速鐵路預制箱梁收縮徐變仿真分析用模型梁的制作方法， 其特征在于所述模型梁制的制作步驟進行精簡，不進行割絲、壓漿、封錨，不設錨穴。
全文摘要
本發明屬于鐵路橋梁工程領域，公開了一種高速鐵路預制箱梁收縮徐變仿真分析用模型梁的制作方法，以高速鐵路的簡支箱梁為原型，制作用于模擬分析原型梁收縮徐變行為的模型梁，建立起模型梁和原型梁之間徐變的相似關系，通過對模型梁的收縮徐變觀測試驗來揭示原型梁的徐變。依據本發明所述的方法制作的模型梁結構簡單、易于施工、制作成本低、實用性強，能夠模擬客運專線32m預應力箱梁包括收縮徐變在內的各種力學性能和變形性能，具有針對性強、數據準確等優點。
文檔編號G01N1/28GK102053027SQ20101052187
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月27日 優先權日2010年10月27日
發明者宋呈超, 楊基好, 羅俊禮, 趙永軍 申請人:中鐵十局集團有限公司