专利名称：高速铁路预制箱梁收缩徐变仿真分析用模型梁的制作方法
技术领域：
本发明涉及桥梁收缩徐变分析领域，尤其是涉及一种适用于高速铁路预制箱梁收 缩徐变仿真分析的模型梁的制作方法。
背景技术：
工程结构模型试验作为大型结构试验的辅助试验和替代试验，作为结构设计、分 析计算的辅助手段，在工程实际中得到十分广泛的应用。模型设计是试验的第一环节，也是 至关重要的环节，它是试验成功与否的关键。在试验前期关系到模型的尺寸、材料选取和荷 载情况，试验结束后则关系到试验数据的处理和试验结果的有效性。模型设计中应综合考 虑各种因素，如模型类型、模型材料、试验条件以及模型的制作等，以确定物理量的相似常 数。显然，原型结构的试验是很受限制的，完全按比例缩小而不做简化处理的模型是极不易 制作的，同时由于构件理论厚度是影响结构徐变行为的一个重要因素，因而非足尺寸的模 型梁徐变试验一般也很难准确反映原型梁的徐变行为。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种适用于高速铁路预制箱梁收缩徐变仿真分 析用模型梁的制作方法，有效解决了原型梁结构试验耗费巨大、严格缩小模型生产困难、一 般模型试验数据不准确等问题，使得用简单、经济的模型结构准确地反映原型结构的徐变 行为。为实现上述目的，本发明提供了一种高速铁路预制箱梁收缩徐变仿真分析用模型 梁的制作方法，以高速铁路的简支箱梁为原型，制作用于模拟分析原型梁收缩徐变行为的 模型梁，建立起模型梁和原型梁之间徐变的相似关系，通过对模型梁的收缩徐变观测试验 来揭示原型梁的徐变。使模型梁与原型梁相应点应力应变相等、材料相同、配筋率相等、环境相同。将原型梁的长度缩小一定的比例制作模型梁(10)，从刚度模拟的角度出发，推导 出静力学试验模型与原型的相似条件，计算出材料性能、几何特性和荷载情况的多个物理 量相似常数的数值，通过相似关系换算，将箱形截面简化成T形截面。模型梁采用的预应力筋采用两束钢绞线，两束预应力筋(1)上下排列于模型梁(10)横截面的中心，且上下两束预应力筋的中段靠近模型梁的底部，两端向上起弯，钢筋 (2)截面配筋率与原型梁相等。在制作模型梁时，在模型梁内埋设应变计(7)。在模型梁10两个支座中心线所在的横截面上、在梁跨中心线所在的横截面上各 自竖直埋设多个应变计(7)。在模型梁10底部两个支座附近和模型梁10底部梁跨中心线位置各自架设位移计[11]，用于对模型梁进行竖向变形观测。所述模型梁制的制作步骤包括模板制作和安装，钢筋笼绑扎，胶管定位，埋设应变计(7)，安装锚垫板，浇筑混凝土，蒸汽养护，拆模，抽拔胶管，穿钢绞线，架设位移计(11)， 混凝土试压，预应力初张拉，移梁至支座，补偿荷载施加，混凝土试压，终张拉，存梁。所述模型梁制的制作步骤进行精简，不进行割丝、压浆、封锚，不设锚穴。本发明的有益效果1、能够模拟客运专线3 !预应力箱梁包括收缩徐变在内的各种力学性能和变形 性能，具有针对性强、数据准确等优点。2、通过截面形式的修改和次要部位的简化，该模型T梁结构简单、易于施工。3、可以最大限度利用现场材料和施工设备，节省制作成本，具有较高的经济性和 实用性。
图1是箱梁原型横截面图；图2是本发明模型梁正视图；图3是图2的右视图；图4是图2中的梁跨中心截面图；图5是图3中的A-A截面图；图6是本发明模型梁梁体钢筋布置正视图；图7是图6中B-B截面图；图8是图6中C-C截面图；图9是应变计在图10的F-F截面上的布置图；图10是图9中的D-D和E-E截面图；图11是位移计结构示意图；图12是位移计布置图。图中1、预应力筋，2、钢筋，3、Φ 16钢筋，4、Φ 12钢筋，5、Φ8钢筋，6、Φ 22钢筋， 7、应变计，8、磁性表座，9、千分表，10、模型梁，11、位移计，12、支座。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行描述以如图1所示的沪杭铁路客运专线3 !跨度的简支箱梁为原型结构，采用与箱梁 原型相应点应力应变相等、材料相同、配筋率相等、环境相同的相似模型对原型进行模拟分 析。确定模型比值为1 4，即模型与原型梁长和梁高比为1 4，(模型梁长8.; ,跨径 8m，梁高0.77m)。从刚度模拟角度出发，推导出静力学试验模型与原型的相似条件，计算 出材料性能、几何特性和荷载情况的多个物理量相似常数的数值(混凝土和钢筋的应力、 应变比都为1 ；跨中截面面积相似比1 31. 7;预应力筋偏心比1 5. 52;恒荷载集度比 1 10.94)。对模型进行了适当的简化包括，如不设锚穴，根据箱梁结构的受力特性通过相 似关系换算，将箱形截面简化成T形截面，如图2所示。如图3、4、5所示，根据相似条件，计 算模型梁预应力钢筋1两束4 Φ s15. 2钢绞线fpk = 1860MPa,两束预应力筋1上下排列于模 型梁1横截面的中心，且上下两束预应力筋1的中段靠近模型梁10的底部，两端向上以7° 和8°的起弯角翘起。模型梁10内普通钢筋2的布置如图6、7、8所示，普通钢筋2截面配筋率与箱梁原型相等，其中底部纵向钢筋采用直径为16mm的Φ 16钢筋3，其他纵向钢筋采 用直径为12mm的Φ12钢筋4，横向钢筋采用直径为8mm的Φ 8钢筋5，用作吊环的起吊钢筋 采用直径为22mm的Φ 22钢筋6，梁体混凝土保护层厚度为35m。模型梁的补偿荷载Aq = 13. 6KN/m和二期恒载值12. 8KN/m,以及初张拉控制应力为0. 5fpk、终张拉控制应力0. 72fpk。 接着下来开展模型试验，包括模型梁制作和收缩徐变观测。模型梁制作步骤模板制作和安 装，钢筋笼绑扎，胶管定位，埋设应变计7，安装锚垫板，浇筑混凝土，蒸汽养护，拆模，抽拔胶 管，穿钢绞线，架设位移计11，混凝土试压，预应力初张拉，移梁至支座，补偿荷载施加，混凝 土试压，终张拉，存梁。其中，如图9、10所示，在模型梁10两个支座中心线所在的D-D截面 上各埋设3个应变计7，且依次自上而下布于D-D截面的中心，上、下两个应变计7分别靠近 模型梁10的上端和下端，中间的应变计7布于中间偏上的位置；在梁跨中心线所在的E-E 截面上也同样的方式布置3个应变计7。收缩徐变观测利用上述应变计7对每片T型梁 的支座中心线截面、梁跨中心线截面对应变和温度进行长期观测。如图11、12所示，同时在 模型梁10底部两个支座(1 附近各架设一台位移计11，还在模型梁10底部梁跨中心线位 置架设一台位移计11，对模型梁进行竖向变形观测；其中位移计的底座为磁性底座8，显示 表为千分表，也可以为百分表。最后建立模型梁与箱梁原型梁弹性上拱和徐变上拱的相似 关系，并推算出原型梁在施加预应力和二期恒载时的弹性上拱值和徐变上拱值，计算值与 实测值吻合情况良好。另外，各施工阶段，模型梁与原型梁相应截面位置的应力基本一致。具体实施过程如下为通过模型试验的方法来研究客运专线预应力箱梁的徐变现 象，以沪杭铁路客运专线3 !跨度的简支箱梁为原型结构，建立模型和原型之间徐变的相 似关系，设计制作了本发明模型梁结构，推导出模型梁与原型梁的弹性上拱和徐变上拱的 相似关系，试验结果验证了本发明能够较准确的反映原型的徐变。进一步，通过分析确定了模型的类型和设计原则采用与原型相应点应力应变相 等、材料相同、配筋率相等、环境相同的相似模型。进一步，对模型进行了适当的简化包括不进行割丝、压浆、封锚，不设锚穴；根据 箱梁结构的受力特性通过相似关系换算，将箱形截面简化成T形截面。确定模型与原型梁 长和梁高比尺为1 4。进一步，推导出静力学试验模型与原型的相似条件从刚度模拟角度出发，计算出 材料性能、几何特性和荷载情况的多个物理量相似常数的数值。模型梁与原型梁跨中截面 面积相似比1 31.7 ；预应力筋偏心比1 5. 52;恒荷载集度比1 10.94。进一步，根据相似条件，计算模型钢筋(包括预应力钢筋、构造配筋)的根数和布 置情况，绘制出详细的T形模型梁施工图。计算出模型梁的补偿荷载和二期恒载值。进一步，模型梁试验步骤，包括模型梁制作和收缩徐变观测。模型梁制作模板安 装，钢筋笼绑扎，胶管定位，埋设应变计，安装锚垫板，浇筑混凝土，蒸汽养护，拆模，抽拔胶 管，穿钢绞线，架设位移计，混凝土试压，预应力初张拉，移梁至支座，补偿荷载施加，混凝土 试压，终张拉，存梁。收缩徐变观测对每片T型梁的支座、1/2跨截面应变和温度进行长期 观测。同时在截面底部架设位移计进行竖向变形观测。进一步，建立模型梁与原型梁弹性上拱和徐变上拱的相似关系，并推算出原型梁 在施加预应力和二期恒载时的弹性上拱值和徐变上拱值，计算值与实测值吻合情况良好。 另外，各施工阶段，模型梁与原型梁相应截面位置的应力基本一致，验证了模型设计的合理性。本发明具有如下优点1、能够模拟客运专线3 !预应力箱梁包括收缩徐变在内的各种力学性能和变形 性能，具有针对性强、数据准确等优点。2、通过截面形式的修改和次要部位的简化，该模型T梁结构简单、易于施工。3、可以最大限度利用现场材料和施工设备，节省制作成本，具有较高的经济性和 实用性。
权利要求
1.一种高速铁路预制箱梁收缩徐变仿真分析用模型梁的制作方法，以高速铁路的简支 箱梁为原型，制作用于模拟分析原型梁收缩徐变行为的模型梁，建立起模型梁和原型梁之 间徐变的相似关系，通过对模型梁的收缩徐变观测试验来揭示原型梁的徐变。
2.根据权利要求1所述的高速铁路预制箱梁收缩徐变仿真分析用模型梁的制作方法， 其特征在于使模型梁与原型梁相应点应力应变相等、材料相同、配筋率相等、环境相同。
3.根据权利要求2所述的高速铁路预制箱梁收缩徐变仿真分析用模型梁的制作方法， 其特征在于将原型梁的长度缩小一定的比例制作模型梁(10)，从刚度模拟的角度出发， 推导出静力学试验模型与原型的相似条件，计算出材料性能、几何特性和荷载情况的多个 物理量相似常数的数值，通过相似关系换算，将箱形截面简化成T形截面。
4.根据权利要求1或2或3所述的高速铁路预制箱梁收缩徐变仿真分析用模型梁的制 作方法，其特征在于模型梁采用的预应力筋采用两束钢绞线，两束预应力筋(1)上下排列 于模型梁(10)横截面的中心，且上下两束预应力筋的中段靠近模型梁的底部，两端向上起 弯，钢筋(2)截面配筋率与原型梁相等。
5.根据权利要求1或2或3所述的高速铁路预制箱梁收缩徐变仿真分析用模型梁的制 作方法，其特征在于在制作模型梁时，在模型梁内埋设应变计(7)。
6.根据权利要求5所述的高速铁路预制箱梁收缩徐变仿真分析用模型梁的制作方法， 其特征在于在模型梁10两个支座中心线所在的横截面上、在梁跨中心线所在的横截面上 各自竖直埋设多个应变计(7)。
7.根据权利要求1或2或3所述的高速铁路预制箱梁收缩徐变仿真分析用模型梁的制 作方法，其特征在于在模型梁10底部两个支座附近和模型梁10底部梁跨中心线位置各自 架设位移计(11)，用于对模型梁进行竖向变形观测。
8.根据权利要求1或2或3所述的高速铁路预制箱梁收缩徐变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骤包括模板制作和安装，钢筋笼绑扎，胶管定 位，埋设应变计(7)，安装锚垫板，浇筑混凝土，蒸汽养护，拆模，抽拔胶管，穿钢绞线，架设位 移计(11)，混凝土试压，预应力初张拉，移梁至支座，补偿荷载施加，混凝土试压，终张拉，存梁。
9.根据权利要求8所述的高速铁路预制箱梁收缩徐变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骤进行精简，不进行割丝、压浆、封锚，不设锚穴。
全文摘要
本发明属于铁路桥梁工程领域，公开了一种高速铁路预制箱梁收缩徐变仿真分析用模型梁的制作方法，以高速铁路的简支箱梁为原型，制作用于模拟分析原型梁收缩徐变行为的模型梁，建立起模型梁和原型梁之间徐变的相似关系，通过对模型梁的收缩徐变观测试验来揭示原型梁的徐变。依据本发明所述的方法制作的模型梁结构简单、易于施工、制作成本低、实用性强，能够模拟客运专线32m预应力箱梁包括收缩徐变在内的各种力学性能和变形性能，具有针对性强、数据准确等优点。
文档编号G01N1/28GK102053027SQ20101052187
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月27日 优先权日2010年10月27日
发明者宋呈超, 杨基好, 罗俊礼, 赵永军 申请人:中铁十局集团有限公司
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