季节性气温变化对高速铁路桥梁梁体徐变扰度影响分析

龙虹波

摘 要：沉降问题在高速铁路施工中是一类常见问题，文章针对高速铁路工后导致沉降的相关因素予以分析，并重点从季节性气温变化切入，探究其对桥梁梁体徐变扰度的具体影响。指出气温的季节性变化，会导致桥梁徐变扰度变形也体现出季节性变化的特征，因此需要在工后阶段注意对沉降值监测数据进行合理的修正。

关键词：高速铁路；桥梁梁体；扰度；季节性温度变化

高速铁路作为我国重要的交通运输形式，承载高速列车的运行任务，目前一般运行时速多保持扎300km/h左右，最高可以达到350km/h。桥梁作为高速铁路的一部分，其结构较为简单，但是由于整体重量大，需要特别注意沉降问题。而外界气温的变化，会带来热胀冷缩的物理变化效应，这可能导致桥梁梁体出现较大的扰度变形，从而对沉降值产生影响。因此，需要明确季节性气温变化对扰度变化的具体影响，从而合理修正沉降值，确保更加准确地判断高速铁路桥梁的沉降情况。

1 高速铁路工后沉降影响因素

高速铁路在完成施工之后，出现沉降是非常普遍的现象，只要在合理范围内都正常。如果沉降超过合理区间，那么就要特别注意。高速铁路的沉降，主要可以分为构筑物自身变形以及基础沉陷两个部分，构筑物就是高速铁路的基础结构，主要是混凝土结构。基础就是构筑物之下的地基部分。导致线下混凝土构筑物沉降的因素，主要有如下几点：

①化学收缩：高速铁路构筑物大多是混凝土结构，混凝土在凝固过程中，本身会产生收缩徐变的现象，这会导致混凝土构筑物在工后的体积，逐渐缩小，比刚浇筑时要小。并且随着时间推移，体积缩小会越明显。这种体积缩小的现象，一般在混凝土构筑物浇筑的40d内发生，之后就逐渐稳定，不会再出现收缩徐变的体积减小现象。

②干湿变形：混凝土材料本身具有吸水性，因此构筑物所处环境的干湿程度，会导致出现体积变形。在湿润环境下，混凝土构筑物吸水出现膨胀。在干燥环境下，混凝土构筑物水分蒸发，体积缩小。这种干湿变形，一部分是可以恢复的。

③温度变形：温度对于高速铁路线下混凝土构筑物的影响，主要原理是热胀冷缩。混凝土具有温度膨胀效应，其温度线膨胀系数为（0.6～1.3)×10-5mm/℃/mm。高速铁路桥梁的梁体、桥墩等往往使用了大量混凝土，因此温度变形现象会较为明显。

④弹塑性变形：混凝土本身具有一定的弹塑性，在一定载荷的作用，混凝土构筑物可以发生塑性变形和弹性变形。

⑤徐变：高速铁路桥梁在投入运行后，桥梁梁体会受到列车的载荷作用，在长时间下，会产生徐变，而徐变的程度，和混凝土本身的配比设计及材料质量有关系。

导致基础沉陷的因素，主要就是构筑物本身的重力作用。在构筑物长期的重力下，基础发生沉陷。因此，在高速铁路的建设施工中，需要在工后对桥梁做好沉降观测，需要观测基础沉陷和桥梁变形两个方面，二者叠加便代表桥梁整体的垂直扰度变形。

2 高速铁路工后沉降限值

对于高速铁路工后沉降的观测，需要注意无碴轨道铺设完工后，对于路基的工后沉降观测，需要遵循扣减调整和线路竖曲线圆顺的基本要求：①一般情况下，扣除允许的沉降调高值不得超过15 mm；②路基的长度大于20m且均匀沉降，沉降值的最大允许范围不超过30mm，同时调整轨面高程后的竖曲线半径应该符合下列公式：

Rsh ≥0.4νsj2

式中，Rsh代表竖曲线半径（m）；νsj代表高速铁路的最高设计速度（km/h)。

针对桥梁和铁路交界的位置，差异沉降的最大值不超过5mm，形成的折角最大不超过1/1000。

桥梁变形的容许限值，由行驶列车速度以及桥梁本身的跨度所决定，具体如下式所示：

δ客许＝λ（L）▪δ804

式中，δ客许为桥梁变形的限值；L＜3m时，λ（L）=0.8，L＞10 m时，λ（L）=0.4；δ804为桥梁挠度。

对于连续梁、简支梁这两类形式的高速铁路桥梁，垂直扰度的限制值δ/L，在不同跨度和列车速度下就不同，具体见表1。

表1 桥梁最大垂直挠曲限制值

列车速度 /km▪h-1	跨度/m
	L ≤ 15	15	30	50	90≤L≤ 120
V≤120	1/800	1/900	1/800	1/600	1/600
120＜V≤160	1/900	1/1200	1/1200	1/800	1/600
160＜V≤200	1/1000	1/1400	1/1500	1/1300	1/600
200＜V≤280	1/1200	1/1500	1/2100	1/2100	1/1400
280＜V≤350	1/1500	1/1600	1/2100	1/2400	1/2200

另外，在安装高速铁路轨道之后，对桥梁垂直扰度的影响，变形值不得超过1/5000。3 季节性气温变化对桥梁工后沉降的具体影响

以汉巴南城际铁路巴中段巴河大桥大跨度连续梁作为研究对象，通过分析当地气温的季节性变化以及桥梁扰度的变化，探究二者之间的关系和影响。

该连续梁全长296m，由3孔组成，最大跨度136 m。对于气温的监测，开始于2023年6月9日，结束于2024年2月20，累积进行71次观测，仪器采用DINI03电子水准仪测量。具体的气温数据见下表2。

表2.气温观测数据

日期	最高气温/℃	最低气温/℃	天气		日期	最高气温/℃	最低气温/℃	天气
2023/6/9	33	20	阴		2023/6/15	23	19	多云~阴
2023/6/16	24	19	多云~阴		2023/6/17	27	21	雾~多云
2023/6/18	33	21	多云		2023/6/19	32	22	雾~阴
2023/6/20	32	20	多云~阵雨		2023/6/21	27	20	小雨~阴
2023/6/22	29	19	多云		2023/6/23	33	21	多云
2023/6/24	34	22	多云		2023/6/25	34	24	多云~晴
2023/6/26	36	25	多云		2023/6/27	35	23	中雨~阵雨
2023/6/28	33	24	多云~阴		2023/7/6	35	23	多云~阴
2023/7/9	37	26	多云		2023/7/12	31	23	多云~暴雨
2023/7/17	37	22	晴~阵雨		2023/7/20	32	24	阴~雷阵雨
2023/7/23	37	25	阴~阵雨		2023/7/26	28	22	小雨~阵雨
2023/7/27	24	21	小雨~阵雨		2023/7/28	33	22	阴~晴
2023/7/31	34	23	阴~阵雨		2023/8/3	30	23	雾~阵雨
2023/8/6	33	23	暴雨~阵雨		2023/8/9	34	24	阴~阵雨
2023/8/12	31	23	小雨~多云		2023/8/15	34	24	阴~阵雨
2023/8/18	31	24	阴		2023/8/21	35	23	多云
2023/8/24	26	20	中雨~大雨		2023/8/28	30	22	阴~阵雨
2023/8/31	32	21	多云~阵雨		2023/9/3	34	21	晴
2023/9/7	32	23	阴~多云		2023/9/10	33	23	大雨
2023/9/11	22	19	大雨~阵雨		2023/9/14	31	21	阴~多云
2023/9/19	27	21	阴~阵雨		2023/9/22	23	18	阴~阵雨
2023/9/25	23	18	阴		2023/9/27	23	20	阴
2023/9/30	26	20	阴		2023/10/3	25	19	阴~小雨
2023/10/7	25	17	阴~小雨		2023/10/10	23	15	阴~小雨
2023/10/14	26	16	小雨~多云		2023/10/17	22	18	多云~小雨
2023/10/21	24	13	多云~晴		2023/10/24	23	15	阴
2023/10/28	22	14	多云~阴		2023/10/29	21	15	阴~多云
2023/11/2	22	16	雾~阴		2023/11/5	25	11	雾~阴
2023/11/9	25	14	多云~阴		2023/11/15	16	6	阴~多云
2023/11/23	20	11	雾~多云		2023/11/26	22	8	晴~多云
2023/12/2	11	8	阴~多云		2023/12/14	16	6	多云~阴
2023/12/20	9	4	阴		2023/12/25	11	0	多云
2023/12/30	13	4	多云~阴		2024/1/3	15	5	阴
2024/1/14	15	10	多云~阴		2024/1/24	2	-1	中雪~多云
2024/1/29	8	5	雾~阴		2024/2/3	8	4	阴~小雨
2024/2/20	19	7	多云~阴

将2023-06-09的观测数据作为基础数据，之后每一次气温数据，都与首次基础数据进行对比。同时，将2023-06-09的大桥沉降数据作为首期数据，之后每一次沉降数据都和该次数据进行比较。通过观测，发现随着气温季节性降低，出现垂直下沉扰度变形。随气温回升，又回弹恢复，且桥梁累计变化趋势与气温变化趋势相符。不仅如此，桥梁垂直挠度变形，主要是因为桥梁自身变形（主要是温度变形）引起的，无基础沉陷，且垂直变形量最大值3.813mm<δ容许=0.4×136000/5000=10.88mm，在桥梁垂直挠度变形允许值之内。

4 结语

综上所述，季节性的气温变化，会导致高速铁路桥梁发生相应的挠度变形。因此，在具体的工程项目中，进行沉降观测时，应当注意气温变化带来的影响，合理修正总沉降量，把握沉降总量构成和形成原因，为工程维护与整治提供保障。