高速铁路预应力箱梁收缩徐变和温度时变效用试验研究

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1、高速铁路预应力箱梁收缩徐变和温度时变效用试验研究第1章绪论1.1选题背景及意义在高速行车条件下，各种轨道不平顺都会大幅度增加列车振动和轮轨动作用力，使得行车平稳度和舒适度恶化，危及行车安全严重时甚至导致列车脱轨。轨道不平顺也是限制行车速度的轨道方面的主要原因[1]。轨道的高低不平顺是指轨道沿钢轨长度方向，在垂向上的凹凸不平。严重的高低不平顺将引起车辆剧烈地点头和浮沉振动，会使车辆大幅度减载、甚至悬浮，在轨向不良区段行驶时，可能导致列车车轮脱轨。这就是一些列车高速通过急弯时，发生脱轨事故的原因。另外，列车在通过高低不平的地

2、方时，冲击动力增加又会加速道床的变形，从而进一步扩大不平顺。垂直加速度的频繁增减载还会增大车辆对轨道的破坏，缩短车辆和轨道部件的使用寿命。国外高速铁路的实践证明，轨道的不平顺是列车发生脱轨和颠覆的重要诱因之一。以下列举了近15年来国内外因轨道线路不平顺引发的高速列车脱轨、颠覆的事故案列。2000年6月5日，从巴黎开往伦敦的高速列车欧洲之星，运行至法国北部时两对车轮意外出轨，列车当时正以时速300km行进。轨道路基不平是导致此次列车脱轨的根本原因。2005年4月25日，日本JR福知山线的事故：一列由宝冢驶往学研都市线的快速

3、列车，因弯道减速不及时造成事故，列车与一辆车相撞后，冲入一座住宅大厦，造成第一车厢与第二车厢全毁，死亡107人，另有555人受伤，图1-1。2011年7月10日，一列从印度加尔各答幵往哈里亚纳邦的快速列车在经过北部北方邦法特赫普尔地区时，发生脱轨事故。由于车速过快，列车的10多节车厢和火车头全部出轨，死亡35人，受伤200人，图1-2。..1.2国内外研究现状常应力下混凝土收缩和徐变预测计算的数学模型比较多，从20世纪60年代开始，国外学者和研究机构就一直致力于预测模型的研究。至今为止，比较有代表性的模型有:欧洲规范CE

4、B-FIP系列模型，如CEB-FIP1978、CEB-FIP1990模型；美国混凝土学会提出的ACI系列模型，如ACI209(1982)、ACI209(1992)模型；ZPBazant等人提出的RILEMB3模型；以及Gardner和Lockman建议的GL2000模型。国内外常用模型计算公式基本上都是建立在大量试验数据基础上的经验公式。但是由于试验条件的局限或研究者侧重考虑的影响因素不同，各模型建立的理论基础、考虑的因素和适用条件都有存在差别，尤其是对于高强、高性能混凝土结构而言，一些模型的准确性值得商榷。此外，对于钢

5、筋混凝土和预应力混凝土而言，钢筋对素混凝土的收缩徐变有较大的约束影响，然而一些规范忽略了这一点（如欧洲规范)，考虑钢筋的约束影响也是完善收缩徐变模型计算的必然趋势。..第2章预应力混凝土箱梁收缩徐变预测模型2.1影响预应力混凝土箱梁收缩徐变的关键因素研究混凝土的收缩主要有五种形式：自生收缩、干燥收缩、温度收缩、塑性收缩、碳化收缩。后两种收缩一种发生在终凝前，一种发生在长期服役以后，均不在本次研究的范围。高强混凝土结构的收缩主要包括自收缩和干燥收缩，研究温度效应的时候还考虑温度收缩。泡凝土是一种多相复合的人工建筑材料，其收

6、缩、徐变性能的影响因素众多，几乎涉及到混凝土原料生产和混凝土产品制作、以及后期服役整个过程中的每个环节。基于混凝土收缩徐变的物理机理，影响混凝土的收缩、徐变的因素大部分是共同的，如影响收缩的因素基本上都影响徐变。但需要说明的是，影响混凝土收缩的因素是与荷载条件无关的部分，而对混凝土徐变与收缩均有影响的因素，其作用机理也不尽相同。收缩徐变预测模型的建立依赖于对混凝土收缩徐变机理和影响因素的理解。影响混凝土收缩、徐变的因素很多，归纳起来可以分为内部因素和外部因素两部分(见图2-4)。.2.2钢筋约束影响系数修正ACI209R

7、、ACI318和Branson的公式都是将钢筋对收缩徐变的影响做综合考虑，没有分别独立考虑钢筋对收缩、徐变两种变形的约束影响。ACI318和Branson的计算公式有些高估了钢筋对混凝土收縮徐变的约束影响作用。苏清洪的公式数值上与胡狄的实验数据比较接近，但是与以上三组公式一样，只考虑配筋率的影响，忽略了时间、混凝土等级和偏心距的影响。H.Trost的公式考虑因素比较全面，如混凝土等级、配筋率、时间等，形式也简单，但该公式只适用于轴心受压的钢筋混凝土构件。胡狄的公式清晰地界定了钢筋对徐变应变影响系数、、钢筋对徐变曲率影响系

8、数、、钢筋对徐变烧度或拱度的影响系数三者的物理意义，并且给出了各自的计算公式。他的公式主要适用于钢筋混凝土梁和部分预应力混凝土梁体，考虑因素非常全面，但是形式很复杂，尤其是曲率和拱度的计算公式，对于工程设计实用性不强。因此，有必要建立一组公式，既能综合考虑几种主要因素，形式又比较简单的便于计算。..第3章预应力箱梁收