从短期试验结果预测新建预应力混凝土梁收缩和徐变的长期效应

基于计及钢筋配筋率、预应力钢筋松弛等影响的桥梁收缩、徐变长期效应计算式,提出了从梁体混凝土短期试验值推算相应素混凝土在该桥梁工作环境下收缩应变及徐变系数的方法;结合CEB FIPMC90收缩模型与徐变模型思想,得出计算桥梁素混凝土收缩应变及徐变系数的CEB FIPMC90修正公式。理论分析与试验结果比较表明,预测理论值给出了较好的精度。该预测方法,不需做材料的收缩、徐变试验,亦避免从标准环境下试验值推算桥梁工作环境下收缩、徐变可能产生的误差。     

施工期混凝土时间效应数值分析

推导并且建立了混凝土徐变的应力-应变-时间耦合本构关系的全量型数值迭代模型及其算法.采用该方法对偏心柱和简支梁进行数值计算,计算结果与试验值吻合较好,表明该算法可以满足混凝土构件收缩徐变的分析要求.     

自然环境条件下混凝土徐变预测模型

为得到合理的自然环境条件下混凝土徐变预测模型,探讨了恒定温度、交变温度、交变温度和相对湿度对既有徐变预测模型的影响;收集了45组控制温、湿度下的混凝土徐变试验结果,分析了温度和相对湿度对混凝土徐变的影响;结合试验结果,拟合了混凝土徐变预测模型公式,并用试验结果进行了验证。结果表明:既有变化温、湿度作用下的徐变预测模型对温度的敏感性有较大差异;交变相对湿度对混凝土徐变的影响小于交变温度;自然环境与试验室标准环境下混凝土徐变系数比值可分为稳定部分和变化部分,稳定部分受平均温度、加载龄期、混凝土强度、试验养护条件等因素影响,变化部分受温度时间历程影响;本文公式可为分析自然环境条件下混凝土徐变提供参考。     

考虑预应力损失的混凝土梁徐变计算方法

将按龄期调整的有效模量法与有限元法相结合,建立预应力混凝土梁桥徐变计算结构分析模型。模型考虑预应力束对结构整体刚度的贡献及预应力损失和徐变变形的相互影响,较准确的实现施工过程中、长期荷载作用下的徐变计算。根据此模型编制预应力混凝土梁桥徐变计算有限元程序,对小凌河特大桥32m预应力混凝土箱梁进行计算。程序计算结果与实桥试验结果吻合较好,能较好地反映桥梁上拱及徐变应变。     

客运专线轨道梁徐变收缩效应研究

针对秦沈和武广客运专线铁路就地浇筑的跨度为24m的预应力混凝土整体箱梁,应用MIDAS／Civil结构分析软件,采用CEB—FIP（MC90）徐变和收缩模型,建立预应力混凝土简支梁的非线性有限元模型,通过计算相同施工阶段下的跨中挠度,从而验证试验结果。在此基础上,将两类箱梁的徐变收缩变形和变形速率进行了对比。结果表明,两类箱梁的徐变收缩变形规律基本一致,武广-24m箱梁的徐变收缩值小于相应秦沈-24m箱梁,并且武广-24m箱梁的徐变速率也小于秦沈-24m箱梁的徐变速率,说明武广-24m箱梁的结构设计要比秦沈-24m箱梁的考虑得更完善一些。     

膨胀剂对钢管混凝土徐变及承载力的影响研究

为了研究膨胀剂对密闭钢管混凝土徐变及承载力的影响,基于CEB/FIP理论,采用数学方法,对钢管混凝土的核心混凝土的徐变进行理论计算,在试验构件尺寸不变的基础上,通过改变核心混凝土中膨胀剂的掺量,分析膨胀剂对钢管混凝土徐变的影响,最后对构件进行极限承载力试验。得出采用CEB/FIP方法的理论计算值与试验值较为吻合,对钢管混凝土徐变和承载力,膨胀剂有最佳掺量,并且徐变对密闭钢管混凝土的极限承载力稍有提高。     

有初应力的FRP约束混凝土圆柱应力—应变分析型模型

为准确模拟有初应力的纤维增强复合材料(FRP)约束混凝土的单轴受压性能,基于采集的103个试验数据,引入初应力水平影响因子,提出考虑初应力的FRP约束混凝土圆柱的峰值应力与峰值应变的计算公式,以及反映轴向—侧向应变关系的三折线计算公式,在此基础上再基于Mander本构模型的主动约束方程,建立有初应力的FRP约束混凝土圆柱应力—应变分析型模型。将该分析型模型和既有模型的计算结果与试验结果进行对比,结果表明:考虑初应力的该分析型模型的计算曲线与试验曲线整体吻合较好,由该分析型模型计算得到的峰值应力和峰值应变与试验结果的误差均在20%以内,优于部分既有模型。     

普通混凝土落锤冲击动态力学性能试验研究

为研究普通混凝土材料的动态冲击力学性能,利用改进的落锤冲击试验装置,对C30混凝土圆柱体进行低速冲击试验。为降低落锤冲击惯性效应并获得稳定的加载速率,试验采用不同厚度的橡胶或海绵作为波形整形材料;采用20 mm厚橡胶时可消除惯性力影响,延长加载时间,使试件纵向应力趋于均匀分布,并实现恒定速率加载。试验结果表明:冲击荷载下混凝土破坏形态与静载下相同,动态增大系数(DIF)、极限应变与吸收能量随应变率增加而增加,在本文试验参数范围内应变率对混凝土应力-应变曲线形状影响较小。对已有混凝土动态力学性能试验结果进行统计和对比,验证了CEB2010规范公式偏于保守地描述了DIF与应变率的关系,且本文的研究结果填补了应变率10-1/s~100/s范围内试验数据。     

基于实测数据修正的徐变预测模型在铁路桥预拱度计算中的应用

铁路桥对预拱度要求较为严格,而混凝土的徐变又是在预拱度设置中必须考虑的关键因素。本文以实际工程郑焦城际铁路跨连霍高速公路特大桥为依托,建立桥梁有限元模型,并通过短期徐变试验采集数据,将试验数据和现有模型对比发现CEB-FIP 1990模型与实测数据的差异系数较小。利用实测数据对CEB-FIP 1990模型进行修正,并验证了修正后模型的可靠性,然后将该修正模型应用到桥梁的预拱度计算中。     

城市轨道交通大跨度连续刚构桥徐变时效分析与控制研究

混凝土徐变对预应力混凝土连续刚构桥梁长期服役下的变形及受力有非常重要的影响.推导了基于龄期调整的有效模量法的徐变轴力和徐变弯矩计算公式.以广州地铁4号线连续刚构桥沙湾大桥为工程背景,采用CEB-FIP(MC90)的徐变模型,按龄期调整的时效分析有限元法,对成桥初期到3年后该桥的徐变效应引起的桥梁变形、内力进行了计算分析,得出了连续刚构桥收缩徐变的发展变化规律;利用近3年实桥现场观测结果验证了该理论分析结果.     

沪通长江大桥水下钢管柱自密实混凝土收缩与抗裂性能研究

沪通长江大桥主航道桥钢管柱选用C40自密实混凝土,钢管柱轴向对称等分为4个隔仓,每个隔舱需要一次浇注约770 m3的混凝土。为了满足自密实混凝土的施工和防开裂要求,在优化配合比的基础上,通过自由收缩试验、限制收缩试验、约束圆环收缩试验3种不同的方法,系统地研究了自密实混凝土的收缩性能,并结合绝热温升测定结果与有限元建模,分析了混凝土早期开裂风险。研究结果表明:通过试验优选的自密实混凝土,自由收缩应变和限制收缩应变随龄期的增长逐渐增大,前7 d增长较快,后期逐渐减缓,自由收缩应变、限制收缩应变14 d时分别为407×10-6,137×10-6,60 d时分别为623×10-6,235×10-6,与相似配合比混凝土相比14 d时自由收缩应变和限制收缩应变分别降低了53.2%,45.8%;约束圆环收缩试验开裂龄期为34 d,最大约束收缩应变为115×10-6,而相似配合比混凝土开裂龄期为15 d,且最大收缩应变为194×10-6。有限元分析结果表明:隔仓混凝土径向表面与芯部最大温差只有13℃,远低于内外开裂温差限值25℃;不同龄期混凝土温度变形与体积收缩共同作用引起的拉应力最大值出现在钢管混凝土外表面,最大拉应力均低于容许拉应力,早期开裂风险低。     

钢-混组合结构桥梁混凝土的收缩徐变效应

首先讨论混凝土收缩作用的等效降温取值问题，分析了构件理论厚度、环境平均相对湿度、预制板存梁期等因素对混凝土收缩的影响。然后探讨收缩徐变应力计算方法，并结合工程实例分析了混凝土徐变、抗剪连接键滑移和次内力对收缩应力的影响。最后提出了补偿收缩混凝土应用于钢-混组合梁桥时的注意事项。结果表明：对于我国大多数地区按等效降温15℃计算的收缩效应值较实际值偏小；抗剪连接键滑移主要影响距梁端1/10跨径范围内的应力分布；连续梁的混凝土板由收缩二次内力引起的结构应力远大于收缩一次内力引起的结构应力；补偿收缩混凝土的限制膨胀率宜根据收缩应变预测值和微膨胀对结构的不利影响综合确定。     

徐变对大跨度预应力混凝土连续箱梁桥施工线形控制的影响

徐变对大跨度预应力混凝土连续梁结构变形和内力的影响不容忽略。基于混凝土徐变预测模型,分析C50混凝土徐变系数的变化规律,得出适合于桥梁监控的预测模型,并对一简支梁进行验证,计算结果与实际工程结果较吻合。在此基础上对京沪高铁跨秦淮河特大桥进行施工监控,依据该桥的施工监控方案,对各个施工节段的标高进行测量与控制,该桥的标高监控实践表明:徐变对桥梁结构影响较为显著;GL2000模型、ACI-209R模型和我国04规范具有较高的精度,可满足施工线形达到设计线形要求。     

灰色神经网络在混凝土结构徐变预测中的应用

根据灰色系统理论处理贫信息系统的优势,以及神经网络学习和自适应的优点,将灰色神经网络组合算法应用于混凝土结构的徐变预测中.利用GM(1,1)模型和BP人工神经网络,建立灰色新陈代谢短期组合预测模型和长期组合预测模型.该组合模型既克服了原始数据少,数据波动性大对预测精度的影响,也增强了预测的自适应性.通过自密实预应力混凝土梁长期变形试验结果的算例分析,表明短期和长期组合模型的预测结果均与试验结果吻合良好,该模型可以作为混凝土结构徐变预测的有效工具.     

考虑徐变恢复的混凝土徐变效应分析

为了解决混凝土在复杂变化应力下的徐变计算问题,首先采用双函数法对叠加法的徐变计算公式进行修正;然后将修正叠加法应用到简单应力、阶梯变化应力、连续变化应力历史中,形成统一的徐变计算模式;最后设置3组阶梯变化应力历史、2组连续变化应力历史,分析叠加法与修正叠加法的差异性。结果表明:对于递增应力历史,2种方法徐变计算值相同;对于递减应力历史,2种方法徐变计算值的差异随龄期增大而增大,700 d的相对误差最大为47%;2种方法的差异与应力历史类型有关,其差异由小到大分别为递增应力、波动应力、递减应力历史。修正叠加法考虑了应力递减下的真实徐变恢复效应,适用不同类型的徐变模型与不同状态的应力历史,是一种较为准确的徐变计算方法。     

既有结构改造加固的应力重分布研究

针对既有建筑物改造加固引起的应力重分布现象显著,依托某抽柱扩跨实际工程,采集结构施工及运营期框架梁挠度及应变数据,结合有限元参数对比分析发现:对于扩大截面加固的新截面而言,单纯的体系转变受力大于收缩徐变效应,1 000 d后框架梁的挠度及应力增大到完成初期的2~3倍;结构加固使得框架梁截面形心转移,导致体系转换前旧梁积累的应力难以释放,加固截面的新旧混凝土收缩徐变效应会促使老混凝土时变应力逐渐超过结构体系转换后的初始应力;建筑物抽柱扩跨改造加固的应力累加效应显著,实际梁底混凝土最大应力可达一次成型设计值的2倍,且已超出材料的抗拉强度。因此,建议抽柱扩跨加固改造设计时重新审视应力累加效应及新旧混凝土收缩、徐变时变特性。     

预应力混凝土梁长期变形表征参数研究

阐明预应力混凝土梁长期变形表征参数间的数值关系,对规范并构建梁长期挠度计算模式是必要的。对4根7.5 m跨预应力混凝土梁长期变形试验,对跨中截面不同高度处徐变应变和跨中长期挠度定时监测,依据试验结果并结合有限元分析,探讨预应力混凝土梁长期变形的表征参数如长期挠度系数、徐变挠度系数和徐变系数3个参数的差异性及其间的数值关系。研究结果表明:长期挠度系数与徐变系数时程规律有差异且数值不等同;徐变挠度占预应力混凝土梁长期挠度增量的90%以上,长期挠度系数约为徐变挠度系数的1.1倍;徐变挠度系数与徐变系数数值并不相等,其间数值关系受梁预应力水平的影响,对部分预应力梁,徐变系数大于徐变挠度系数,而对全预应力梁,徐变系数小于徐变挠度系数。进一步建立了长期挠度系数与徐变系数间的数值关系表达式。     

大跨径混凝土斜拉桥线形优化预测研究

大跨径混凝土斜拉桥施工工序复杂,施工过程中受到诸如拉索垂度、温度变化、混凝土收缩徐变效应等非线性因素影响,使立模标高的设定存在较大误差,理想的成桥状态难以实现。为使成桥线形准确,结构受力均衡,综合分析影响施工立模标高的因素,建立基于粒子群优化算法的BP神经网络立模标高修正参数的预测模型,对修正值进行预测。研究结果表明:所建模型性能稳定,具有较好的预测泛化能力。由预测结果得到的线形更接近理想成桥线形,主梁结构受力合理,能够实现较好的成桥状态,为斜拉桥主梁线形优化方法提供参考。     

钢管混凝土轴心受压短柱的徐变分析

在继效流动理论的基础上，对长期荷载作用下钢管混凝土的轴心受压徐变进行了分析。针对钢管混凝土受力的特点，对计算模型进行简化，提出了一维的钢管混凝土徐变计算公式，与文献［５］中基于试验回归得到的徐变计算公式进行比较，结果符合较好。     

体外配置CFRP筋预应力混凝土箱梁收缩徐变效应分析

以体外配置CFRP筋预应力混凝土箱梁1 001 d的长期受力性能试验为基础,采用徐变换算截面法对收缩徐变效应引起的截面应力重分布规律进行分析。理论分析与试验结果对比表明,徐变换算截面法能较好地分析持续荷载作用部分预应力箱梁的收缩徐变效应。运用双线性法和曲率法对试验箱梁的长期挠曲变形进行预测,两种分析方法预测结果基本一致,建议取长期挠度增长系数为2.45,此时长期挠度变形理论预测值与实测结果吻合较好。对现行设计规范进行有关参数修正后,持续荷载作用下预应力混凝土箱梁的最大裂缝宽度理论值与实测结果吻合较好。研究成果将为CFRP筋在体外预应力箱梁中的推广应用提供参考。