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。     

自然环境温度作用下徐变对预应力混凝土桥梁挠度影响研究

基于开展自然环境条件下徐变试验,对现行的和考虑温度影响的徐变模型对于自然环境温度条件的适用性进行检验。结合目前通用桥梁有限元程序,实现应用选取出的组合徐变模型将变温作用引入到铁路PC连续梁桥的徐变效应分析中。通过将基于组合徐变模型和《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB10002.3—2005)分析得到的梁体挠度结果进行比较,探讨忽略实际环境温度变化对徐变影响可能导致的对铁路PC连续梁桥结构变形状态的认知偏差。研究结果表明:考虑变温影响后的徐变预测结果与自然环境条件下徐变试验结果更为贴近;不同变温历程下,PC连续梁桥梁体徐变挠度的变化趋势和挠度量值表现出明显差异;忽略桥址处自然环境温度变化对徐变影响,可能使设置的预拱度与实际产生较大偏差,有时甚至方向相反而加剧梁体上拱或下挠问题,严重影响桥上轨道的平顺性和桥梁结构的安全性。桥址处环境温度变化对施工、运营乃至后期维护期间的桥梁梁体徐变挠度的影响均较为明显,应予以考虑。     

大跨度钢管混凝土拱桥温度效应研究

为得到温度变化对钢管混凝土结构受力的影响,通过对结构施加相应的温度荷载,与结构自重作用下对主拱肋的内力情况进行比较,从而得出温度荷载对结构的受力影响情况,另外计算横梁与拱肋由于温度不同而在连接处的内力情况,得出温度荷载对结构的影响不能忽略,计算时应根据结构实际环境考虑相应的温度荷栽.     

超静定结构徐变效应的力法分析方法

根据静定结构分别承受常荷载和变荷载时考虑徐变的受力和变形规律,基于力法和龄期调整的有效模量法,给出了超静定结构考虑施工过程和徐变影响的内力分析方法。该法去掉超静定结构中的多余约束,使原结构等效为一个同时承受外荷载、弹性多余力和随时间变化的徐变多余力的静定结构称为基本结构。对基本结构分别进行承受每种力作用时的徐变分析,得到相应的在多余力方向上的位移。根据多余力处的变形协调条件列出并求解力法平衡方程得到徐变多余力。此外,对其中一个算例进行徐变分析,得出各相关因素对结构受力的影响。     

系杆拱连续梁桥-多线轨道互制分析的荷载步法

为研究考虑加载历史的桥梁-多线轨道系统受力特性，通过推导考虑加载历史的线路纵向阻力迭代公式并以某(77+3×156.8+77) m系杆拱连续梁桥为例，建立考虑钢管混凝土拱、吊杆、梁体、桥墩、桩基、多线轨道的大跨度系杆拱连续梁桥一体化有限元模型，分析加载历史对系杆拱连续梁桥-轨道系统受力影响及结构检算结果。结果表明：代数求和算法计算钢轨应力峰值偏大61.9%,墩顶水平力偏大74.0%,考虑温度效应须同时对钢轨、梁体和拱施加温度荷载；挠曲工况下双线同向加载时墩顶水平力为1 058.2 kN,双线对向加载时墩顶扭矩为4 193.6 kN·m;计算温度制挠力时，代数求和算法计算钢轨应力较荷载步法偏大7%,墩顶水平力偏大8%～27%,设计不经济；代数求和算法计算墩顶扭矩与荷载步法最大偏差可达51.3%。     

铁路整体PC箱形梁的徐变效应分析

研究目的:混凝土的徐变对预应力混凝土结构的影响不容忽视。在进行结构分析时,不同的计算模式,计算的内力和变形计算结果也不一样,其中混凝土徐变引起的预应力损失对于结构内力及变形的影响尚有待进一步探索。研究方法:文中结合铁路桥梁设计规范,采用MIDAS/Civil结构分析软件,对双线铁路整体PC箱梁在3种计算模式下,进行施工中预应力的张拉、落梁以及二期恒载作用阶段的受力和变形分析,探讨了徐变引起的预应力损失对结构的影响。研究结论:对简支结构而言,混凝土徐变不会产生次内力,但会使应力重新分布,考虑徐变引起的预应力损失将使梁体的内力减小;梁体在张拉力作用下产生上拱变形,并随时间推移而缓慢发展,二期恒载的作用将有效减小上拱挠度,梁体的徐变变形占总变形的50%,徐变引起的的变形对梁体对结构下挠不利,而对于上拱度的控制是有利的。     

收缩徐变作用下铁路连续刚构桥-轨道系统受力特性

通过建立(72+128+72)m高速铁路大跨度连续刚构桥-双线无砟轨道系统仿真模型,揭示收缩徐变作用下大跨度连续刚构桥与轨道相互作用规律,分析收缩徐变模式、混凝土养护条件等主要设计参数对系统受力和变形的影响,探讨采用整体升温代替收缩徐变效应计算的可行性。研究表明:随着服役时间的延长,收缩徐变作用下系统的受力与变形逐渐增大;采用梁体降温30℃计算的钢轨应力和竖向位移无法包络收缩徐变效应引起的钢轨应力和位移,《高速铁路设计规范》中建议采用整体降温10℃来模拟收缩徐变的方法并不适用于梁-轨相互作用分析。     

复合轨枕无砟轨道温度适应性分析

为研究温度荷载对复合轨枕无砟轨道影响,分别建立长枕埋入式和双块式复合轨枕无砟轨道有限元模型,分析两种轨道结构在整体降温和温度梯度下的离缝长度和轨距变化量,并给出降温限值。结果表明:在整体降温条件下,两种轨道结构均产生离缝,双块式轨道的轨距变化量随降温幅度变化较小,综合考虑离缝和轨距变化限值影响,长枕埋入式、双块式轨道降温幅度分别不应超过7,11℃;温度梯度下,两种轨道结构均不产生离缝,仅正温度梯度下长枕埋入式轨距变化量超过规范值。从复合轨枕轨道结构对温度适用性考虑,建议在较小温差地区如隧道内铺设双块式轨道,并注意浇筑时混凝土的温度。     

考虑空间整体效应的温度自应力计算

针对在计算混凝土桥梁结构的温度自应力时,按现行的计算方法得到的结果与实测的数据有较大差别的问题,根据温度作用下的应力-应变关系及结构内力特点,并运用三维平面假设,改变温度荷载的加载方式和多余约束力的状态,推导出考虑空间整体效应的温度自应力计算方法。对箱梁的实例分析表明：在计算桥梁结构的温度自约束应力时,应考虑纵横向温度应力-应变之间的互相影响,采用与实际情况相符合的温度荷载加载方式,这样使计算结果更接近实际值。     

特大跨钢管混凝土拱桥徐变效应分析

以某特大跨径钢管混凝土拱桥为研究对象,进行1∶2.5缩尺的拱肋拱脚段上弦管钢管混凝土构件徐变模型试验,并引入考虑钢管约束的新的钢管混凝土徐变系数,结合有限元模拟和实桥实测,研究特大跨钢管混凝土拱桥的徐变效应。结果表明:试验模型在180 t荷载持续加载1 a后,钢管承担的荷载增加了1.2倍,管内混凝土承担的荷载下降了53%,内力重分布现象明显;截面含钢率和钢与混凝土的弹性模量比对钢管混凝土徐变系数有较大的影响;钢管应力的有限元计算结果与实桥实测结果的变化趋势总体一致,数值接近,且随施工的推进而增大;管内混凝土的应力较复杂,有限元计算结果与实桥实测结果有一定的差别,实桥实测应力较小,甚至出现拉应力。     

京沪高铁(90+180+90)m连续梁拱桥结构性能分析

研究目的:探讨京沪高铁大跨桥梁中连续梁拱桥组合结构的结构性能,以京沪高铁沿线最大跨度(90+180+90)m连续梁拱桥为背景,建立其空间杆系有限元模型,进行详细的计算分析,研究成桥阶段内力和变形、活荷载效应、长期徐变变形、承载能力及结构动力特性等,并与不考虑拱的单独连续梁结构对比,掌握组合结构的受力特性。研究结论:先梁后拱施工的连续梁拱组合结构具有整体受力特性,拱能主动承担主梁自重,并能改善结构的活荷载效应、徐变效应,提高极限承载力,增加结构安全度并改善结构长期运营性能。拱脚推力使结构轴向受力和变形增大,同时,由于拱平面外刚度较低,使得组合结构前几阶振型多次出现拱平面外振动。     

考虑围岩蠕变特性的TBM隧道管片衬砌受力特性研究

为研究深部高地应力岩层中修建TBM隧道时管片衬砌结构的力学行为,以某深埋TBM工法隧道为研究对象,建立基于围岩蠕变和管片分块效应的衬砌-围岩复合模型,研究考虑时间效应下管片衬砌的受力特性。结果表明:考虑围岩蠕变效应下管片衬砌受力表现出明显的时间效应。随着围岩蠕变时间的延长,管片衬砌的形变、内力和接缝张开量均呈现两阶段增长,具体表现为前期呈线性增长,后期增加趋缓。洞周围岩应力经历三阶段变化,即先减小后增大直至稳定。围岩蠕变时间为100年时,管片衬砌的内力和形变量均接近极限值。研究结果可为深部高地应力且考虑围岩蠕变效应下的TBM隧道衬砌结构设计提供参考。     

混凝土收缩徐变作用下超长桥建合一结构温度效应的计算方法对比研究

为了研究混凝土收缩徐变和环境温差的共同作用对超长桥建合一铁路车站结构温度效应的影响，提出超限应力面积比作为衡量温度应力导致楼板开裂损伤的评价指标。利用ABAQUS软件建立铁路车站实体模型，分析在混凝土收缩徐变和环境温差共同作用下结构的应力状态。结果表明：考虑不同的混凝土收缩和徐变的计算方法，在外界环境温差降低的情况下，按TB 10002—2017《铁路桥涵设计规范》计算的结构梁、板应力最大，按GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》、JTG 3362—2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》和TB 10092—2017《铁路桥涵混凝土结构设计规范》计算的结构梁、楼板应力基本接近，其均值分别为TB 10002—2017相应计算值的49%、52%；按TB 10002—2017计算的超限应力面积比最大，按TB 10092—2017计算的超限应力面积比最小。     

钢筋混凝土梁非均匀收缩徐变自应力分析

为研究由混凝土非均匀收缩徐变效应引起的钢筋混凝土梁沿梁高度方向的非均匀自应力效应,基于非线性温度自应力方法和按照龄期调整的有效模量法,推导非均匀收缩徐变效应作用下沿梁高度方向上的钢筋混凝土梁自应力计算公式,并用有限元方法对其进行验证;以某混凝土简支试验梁为算例,进行收缩、徐变自应力分析;探讨非均匀收缩徐变效应下曲率和截面应力随时间变化特征;最后研究不同温度和相对湿度梯度下钢筋混凝土梁的应力重分布效应。研究结果表明:在非均匀收缩和徐变作用下,截面的轴向应变和曲率随时间显著变化,且沿着梁高度方向将产生较大的不均匀收缩徐变自应力;温度梯度值增加能增加顶面的非均匀收缩徐变自应力,但影响幅度较相对湿度梯度小;相对湿度梯度能显著影响收缩徐变自应力,前期养护作用对于减小自应力十分重要。     

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。     

高铁连续梁收缩徐变及长期挠度变化研究

研究目的:高铁连续梁成桥后,随着时间的推移,由于收缩徐变的影响,连续梁的挠度会不断变化,影响收缩徐变的年相对湿度、加载龄期、收缩徐变系数等都会不同程度的影响桥梁的长期挠度。为研究混凝土的徐变与收缩对大跨度桥梁的变形和内力影响程度,选择逼近实际的徐变和收缩分析模式,合理地进行徐变、收缩效应分析从而正确地考虑徐变与收缩的影响非常必要。研究结论:(1)相对湿度减小,长期挠度增加,对保证成桥线形是不利的,因此增加相对湿度,如采用蒸汽养护等措施对桥梁的长度挠度有减小的作用,有利于保持桥梁的成桥线形;(2)桥梁的加载龄期较短,长期挠度也将有所增加,因此在施工过程中,限制施工荷载过早的加载于新浇筑梁段可以减低长期挠度;(3)徐变系数对桥梁的长期挠度产生很大影响,徐变系数增大,桥梁的长期挠度增加,选取适当的徐变系数对预测桥梁的长度挠度有着十分重要的作用,因此在重要性桥梁设计中,采取试验等措施确定徐变系数是必要的;(4)本研究结论对高铁连续梁的施工和预拱度的计算具有指导意义。     

单线铁路桥连续箱梁跨中合龙分析与研究

依据连续箱梁悬臂施工工艺特点,对(68+2×112+68)m连续箱梁在跨中合龙时刚性支撑的设置和受力性能进行了分析。在温度变化对跨中合龙段内力影响较大的前提下,采取不同的结构合龙体系,并针对升、降温引起跨中合龙段轴力变化进行分析和比较,提出中跨合龙的可行方案。     

独塔混凝土斜拉桥施工阶段温度效应仿真分析

斜拉桥为高次超静定结构,在施工阶段,温度变化对斜拉桥的主梁位移和索力会有不同程度的影响.基于温度效应原理,以泸州泰安长江公路大桥(独塔混凝土斜拉桥)为工程背景,分析整体升降温、索塔梁温差、主梁温度梯度及索塔温度梯度对结构位移和内力的影响规律.研究结果表明,整体温差对主梁线形、内力及索力影响较小,但温度梯度对主梁线形的影响显著,而且引起索塔两侧主梁位移的不均匀变化.这对同类大跨度混凝土斜拉桥施工过程中掌握温度效应有一定的参考价值.     

基于有限单元法的隧道抗水压衬砌结构设计

研究目的：客运专线铁路隧道结构设计中往往会碰到水荷载作用计算难题，考虑抗水压衬砌结构设计仍然是隧道设计与研究热点之一。为检验隧道衬砌结构设计的安全性及防水性，有必要对抗水压衬砌设计结构进行内力计算。研究方法：针对金沙洲隧道特定地质条件和工程设计要求，采用基于有限单元法的荷载结构模型，对按围岩类别设计的3种隧道断面衬砌结构受力进行数值模拟。研究结果：研究得到了衬砌外水压力以及结构内力及分布特征，并验算了衬砌结构的安全系数。通过对计算结果分析验证，选出了各自围岩级别下合适的衬砌结构。研究结论：在全断面封闭排水的衬砌结构设计中，应着重考虑发挥混凝土的抗压性能；在富水区地下水头较大时。采用帷幕注浆法改善堵水圈的渗透系数，可有效降低衬砌的外水压力；选择仰拱外轮廓隅角半径、仰拱与曲边墙的连接处的半径以及仰拱厚度作为控制变量，可以改善衬砌结构受力特征。     

合龙条件对矮墩连续刚构成桥状态的影响分析

以四川某矮墩连续刚构桥为工程背景,分析了合龙时的温度(包括均匀温度和温度梯度)、高差及顶推力等因素对矮墩连续刚构成桥后的结构内力和线形的影响.分析表明:合理的顶推力可以有效改善矮墩连续刚构成桥后的受力状态和线形,据此提出了考虑合龙温度和混凝土后期收缩徐变影响的顶推力确定方法.