李乔说桥-32：对铁路桥梁收缩徐变计算方法的建议及依据
引言
铁路桥梁，尤其是高速铁路桥梁对后期变形（工后徐变变形）要求非常严格，给设计者带来了一些困难，同时对所选择的徐变计算方法的误差也极为敏感。而目前的徐变计算方法都存在较大误差，不同方法之间计算结果的差别也非常大。所以选择一个更符合实际情况的计算方法至关重要。在上一期（第31期）说桥文章中，曾对铁路桥梁设计规范中关于混凝土收缩徐变效应及预应力收缩徐变损失计算方法进行了分析，分别指出了原方法的合理成分及不完善之处，并给出新的建议。为了让读者更明确此建议的依据，本文从技术和法规两个方面作进一步说明。
图1 高铁桥梁（图片引自互联网）
技术方面
（1）收缩及徐变变形与次效应
现行铁路桥梁设计规范在其附录中给出了关于计算混凝土徐变引起的内力重分布（即次效应）计算方法，同时给出了其中徐变系数的计算公式，采用的是CEB-FIP 1978模式的修改版，即我国公路1985桥规所采用的模式，本文简称CEB-FIP78-M模式。根据众多的理论、试验及实际观测，证明该模式预测的徐变变形偏大较多，而现行公路桥规所采用的CEB-FIP90-M模式比CEB-FIP78-M模式更接近试验观测值，理论上也较其更完善。所以本文建议采用CEB-FIP90-M模式代替CEB-FIP78-M模式计算铁路桥梁混凝土徐变变形和次效应。
关于收缩效应，铁路桥规没有明确给出计算方法。本文建议采用与徐变计算配套的CEB-FIP1990收缩计算模式。
（2）收缩及徐变变形引起的预应力损失
现行铁路桥梁设计规范中对收缩及徐变引起的预应力损失计算采用了与上述变形及次效应计算不同的方法，其终极值根据CEB-FIP1970模式及当时试验资料确定，而完成时长则按3年计算，这也与CEB-FIP模式的30~70年完成不协调。所以本文建议保留该项预应力损失终极值计算参数，但完成时长按30年计。
预应力收缩徐变损失本来就是结构构件的收缩及徐变变形引起的，应该采用统一的方法计算。但考虑现行规范的方法使用多年，且没有足够试验或观测数据证明其偏差大小，所以保留该损失总量的计算参数，只是在完成时间上改为与变形计算一致。
法规约束方面
应该说，设计规范的编写者给规范的拓展和完善留下了充分的余地，并非铁板一块。下面从两个方面进行说明。
（1）收缩及徐变变形与次效应计算
关于徐变变形及次效应计算，铁路桥规自TB 10002.3-99起，直到TB10092-2017和Q/CR 9300-2018，都是在附录中采用“徐变系数可按下列公式计算”的形式描述，而根据这些规范中关于其用词的说明，“可”是约束力最小的一种描述。铁路桥梁规范中用词说明：表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用“可”。所以在有理论、试验和观测数据支持的情况下，采用更为合适方法是不违背规范的。
而对于收缩计算，规范本来就没有给出建议，因此更不存在违背之事。
（2）预应力收缩及徐变损失计算
建议对铁路桥规在预应力收缩徐变损失终极值计算方法予以保留，在不影响预应力损失最终计算结果的前提下，仅仅修改收缩徐变损失随时间的变化规律，以解决规范在预应力损失和徐变变形计算上的内在矛盾，这也不违背规范。
工后变形的定义
现行铁路桥规中规定，客专或高铁无碴轨道PC梁工后徐变挠度不大于10mm(L<=50m)或L/5000及20mm(L>50m)，有碴轨道PC梁不大于20mm。这个挠度的定义应该是梁跨内轨面相对于支座位置轨面而言的，不包括墩台自身的变形，即图2中的fc=C’C”，而不是CC”。因为指标中只含梁的跨度，不含墩台高度等信息，且高墩自身的收缩徐变变形就可能接近或超过这个限值。
图2 工后变形定义示意图 (图中AA’和BB’为桥墩变形)
此外，规范仅规定了工后徐变变形限值，没有提及收缩变形，其用意也较为明确，即只是针对梁的上述相对变形，不包括墩台变形，因为收缩对梁的变形影响较小，对墩台则影响较大。当然，收缩对连续刚构、斜拉桥、拱桥等的影响也不可忽略，但规范没有专门的规定，实际执行时只能将收缩考虑在内，参考PC梁的规定了。
作者简介：李乔，西南交通大学教授，博士生导师，在中国公路学会桥梁分会等学术组织任常务理事或理事，在土木工程学报等重要学术期刊任编委会委员。曾任国务院学科评议组成员、全国土木工程专业评估委员会委员、国家科学技术奖会评专家等。研究兴趣为桥梁结构力学行为、大跨斜拉桥结构理论及施工控制方法等。研发的软件有桥梁结构分析系统BSAS、桥梁非线性分析系统NLABS、曲线桥分析系统ASCB等。