高速铁路某胶拼连续梁梁端局部应力研究

摘要：基于某高速铁路胶拼连续梁设计方案，通过建立有限元模型，研究了梁端局部应力的影响与分布。研究表明，梁端局部应力受预应力钢束影响较大，梁端无预应力时，梁端箱梁内侧的底、腹板交界的梗腋角点处易出现拉应力，在钢束预应力作用下，该主拉应力减小变为压应力，而进人洞内侧下部易出现主拉应力。在一定距离范围内，支座距梁端纵向位置不同对梁端局部应力的影响较小。除应力集中区域外，该胶拼连续梁梁端部位的主拉应力、主压应力均在规范要求范围内。

关键词：胶拼连续梁;有限元;梁端局部应力;预应力钢束

0     概述

节段预制拼装梁，顾名思义，是一种装配式桥梁，是通过将一孔混凝土梁纵向分成若干段，先预制节段，然后用环氧树脂胶将节段连接在一起，借助预应力作用于混凝土节段上的压力，使各节段形成整体结构。

在铁路建设中，同连续梁支架现浇和挂篮悬臂浇注等传统工法相比，节段预制胶拼技术缩短施工工期;梁体节段养护时间长，成桥后梁体徐变和应力损失小，便于控制整体线型;降低能耗，利于环保，是桥梁绿色施工的代表[1]。目前国内高速铁路中应用胶拼法的混凝土连续梁实例较少，本文对某项目高速铁路3×60m等高胶拼连续梁进行设计，该梁在梁端部的结构构造及支座位置同常规梁不同，基于此，本文对该梁梁端应力分布进行分析[2，3]。

该梁体采用C55混凝土，跨度为3×60m，梁高为4.52m，等高，共40个节段，梁体为单箱单室结构，腹板为斜腹板，梁底宽5.6m，顶宽12.6m。节段长度取3.3～4.6m。采用平衡悬臂拼装法施工。

1     梁端局部模型

梁端截面和钢束布置方案，如图1 所示。其中，梁端顶板束规格为19-7Φ5，腹板束规格为19-7Φ5，底板束规格为22-7Φ5。荷载考虑自重、二期恒载、列车ZK特种荷载，将预应力钢束梁端锚固力转化为锚槽面荷载。

与常规梁梁端不同，梁端构造顶板两侧沿顶板边缘设有悬臂，底板槽口两侧设有加靴，避免梁端转角过大，保证梁刚度，同时底板凹槽方便检查维护时人员通行。

2     无预应力钢束梁端局部应力分析

为研究支座到梁端的距离对梁端局部应力的影响，分别建立支座距梁端距离为75cm、85cm、95cm的三个模型，并考虑梁端无预应力及有预应力两种情况，基于Midas FEA有限元软件对梁端建立实体单元模型，网格尺寸0.15m，选取梁端8 个控制点位置提取应力数据，进行分析，控制点位置如下：

（控制点1：加靴中部;控制点2：加靴与梁端交界处;控制点3：支座上方;控制点4：加靴与腹板开槽交界处;控制点5：腹板下部开槽附近;控制点6：梁端进入洞下梗胁处;控制点7：梁端内侧腹板底板梗胁交界处;控制点8：梁端内侧进入洞下梗胁处）

在无预应力荷载下，梁端中各控制点的主拉应力、主压应力的数值见表1：

以上图表表明，在梁端无预应力荷载时：

（1）     模型一、模型二、模型三的主拉应力与主压应力分布基本相同，控制点的应力数值相差不大。其中，主拉应力最大点为控制点7 附近，为 4.37～4.50MPa，位置为箱梁内侧的底、腹板交界的梗腋角点处，三个模型主拉应力最大值相差在0.1MPa左右，控制点的主压应力数值均很小，在-6MPa以内，可见，支座纵向左右移动10cm对梁端处的混凝土受力影响较小。

（2）     各控制点中，加靴中心（控制点1）、支座上方的腹板下部（控制点3）和进人洞内侧下部（控制点8）的主拉应力在0.8～1.7MPa左右，其中随着支座中心往梁跨中心的移动，主拉应力数值减小，但变化不大;其余各点的主拉应力较小。

3     有预应力钢束梁端局部应力分析

将预应力钢束梁端锚固力转化为锚槽面荷载，建立模型，应力分布如下：

在有预应力荷载下，梁端中各控制点的主拉应力、主压应力的数值见表2：

以上图表表明，在梁端有预应力荷载时：

（1）     模型一、模型二、模型三的主拉应力与主压应力分布基本相同，控制点的应力数值相差不大。其中，主拉应力最大点为控制点2 附近，此处由于锚槽锚固荷载的直接作用，导致出现较大拉应力，但分布范围不大，不影响结构安全，其余控制点中，控制点1（加靴中心）处的主拉应力为3.0～3.5MPa左右，值得注意的是，在预应力锚固力的作用下，箱梁内侧的底、腹板交界的梗腋角点处（控制点7 附近）的主拉应力减小，变为负值，在 -1MPa以内，进人洞内侧下部（控制点8）的主拉应力增大为2.0～2.5MPa左右，支座上方的外侧腹板上的主拉应力数值在1.5MPa以内，均在规范容许的范围内[4，5]。

（2）     各控制点中的主压应力较小，在-10.0MPa以内。

4结论

综上所述，胶拼连续梁梁端梁端局部应力受预应力体系布置的影响较大，而一定范围内对梁端边支座纵向移动10cm因素不敏感，受力影响较小对梁端处的混凝土受力影响较小;在预应力作用下，锚槽附近主拉及主压应力较大，容易造成混凝土开裂，应加强配筋措施;除梁端预应力锚固区及应力集中区域外，其余部位的主拉应力和主压应力在规范要求范围以内。

参考文献：

[1]张立青.铁路节段预制胶接拼装法建造桥梁技术与应用[J].铁道建筑技术，2015（1）：8-11.

[2][1]赵磊，邵铭.哈大客运专线56m简支箱梁预应力钢束布置及梁端应力分析[J].铁道标准设计，2012（02）：70-73.

[3]   肖飞.大跨度预应力混凝土简支箱梁的梁端应力分析[J].铁道标准设计，2004（08）：78-80.

[4]   国家铁路局.TB10092-2017铁路桥涵混凝土结构设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2017.

[5]   国家铁路局.TB10621-2014高速鐵路设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2015.

作者简介：

王永标（1993-），男，山东郓城人，助理工程师，从事桥梁设计工作。