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。     

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。     

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。     

900t大型预制箱梁早期张拉抗裂性能研究

运用数值方法和现场测试,研究900 t大型预制预应力混凝土双线简支箱梁在预、初张拉过程中的应力、变形状态及抗裂性能。采用通用有限元分析软件MIDAS/Civil,按弹性支撑计算模型,对预、初张拉阶段箱梁的应力和变形状态进行模拟计算,分析基础刚度、箱梁翼板有效宽度及混凝土弹性模量关键参数对计算结果的影响。在箱梁跨中截面内埋设钢弦式应变计,在梁顶面布置观测标,监测预、初张拉阶段的混凝土应变和梁体变形。研究结果表明,900 t大型预应力混凝土双线简支箱梁跨中截面在预、初张拉阶段未出现拉应力,初张拉后箱梁明显上拱。采用只受压弹性连接模拟箱梁与台座之间的接触关系进行箱梁受力状态分析,能够模拟出梁体在预应力束逐批张拉下梁体逐渐起拱以及梁体自重逐渐参与作用的实际情况,梁体上拱变形的计算结果与实测结果符合较好。     

轨道交通预应力混凝土梁施工阶段徐变性能研究

以实际工程的轨道交通预应力混凝土梁为原型,以跨中截面应力等效与施工工艺相似为原则,共设计6根1:5大尺度模型梁,对其施工过程中的徐变性能进行了试验研究,重点考察混凝土种类、预应力筋张拉方式和截面应力差等因素对轨道梁徐变变形的影响.基于大型商用软件SOFiSTiK和自行编制的步进法有限元程序对模型梁在施工阶段的徐变变形进行时随全过程分析,计算结果与试验值的误差在10%以内.在此基础上,提出了考虑混凝土种类、预应力筋张拉方式和跨中截面应力差等多因素影响的、轨道梁施工阶段徐变变形设计建议.本文研究成果可为轨道交通预应力混凝土梁的施工阶段徐变变形控制与计算提供依据和参考.     

配筋混凝土箱梁长期受力性能的比拟杆分析

为使配筋混凝土箱梁长期受力性能的分析趋于简便,将线弹性匀质箱梁短期弯曲性能分析的比拟杆法推广应用于其长期受力性能的分析。引入按龄期调整的有效弹性模量来考虑箱梁混凝土徐变的影响,基于换算截面的原理来考虑箱梁配筋的影响,建立能综合考虑箱梁受力特征和配筋影响的混凝土箱梁长期受力性能分析的比拟杆法。对一根预应力混凝土模型箱梁进行长达1001d的徐变试验,并用其结果对所提方法的适用性进行验证。结果表明:混凝土箱梁长期受力性能的比拟杆法计算结果与试验结果之间吻合较好。与试验值相比,t0～1001d时段内箱梁顶板混凝土压应变的计算值相差7%～11%、跨中截面长期挠曲变形的计算结果相差9%～17%。随着持荷时间的增长,箱梁顶板的剪力滞系数逐渐减小,持荷1001d后剪力滞系数减小了7.1%。     

双线铁路整体PC箱梁上拱度分析

由于混凝土的徐变效应,预应力混凝土简支箱梁桥的梁体在预应力荷载作用下的上拱变形缓慢发展,因而对桥梁设计及施工中的徐变变形分析尤为重要。如果对于徐变变形的预测不准,在运营阶段梁体徐变变形的发展将会引起桥面的立面线形不平顺,严重影响行车安全和旅客舒适度,甚至将造成梁体上拱度过大而无法使用。在高速铁路上这种影响显得尤为突出,应予以足够重视。本文针对某双线铁路就地浇筑的预应力混凝土整体箱梁,采用MIDAS/Civil结构分析软件,结合国内外几种规范中徐变系数的计算公式,计算在施工阶段的预应力张拉、落梁和铺砟后的荷载作用下梁体的变形,并将其与现场实测的数据比较。通过现场实测变形与理论分析结果的对比得出,采用我国现行铁路规范的计算值与实测值吻合良好。     

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。     

双线铁路整体箱梁徐变变形分析

简支梁在预应力筋张拉后,由于张拉力使梁体产生上拱变形,又因混凝土的徐变使该变形随时间而发展。针对某铁路双线桥的预应力混凝土整体箱梁,结合国内外有关规范计算徐变系数,采用M IDAS/C ivil结构分析软件,对梁体在施工及运营不同阶段荷载作用下的变形进行分析,得出几点对于同类工程设计和施工有意义的结论。     

大跨度无砟轨道连续梁桥后期徐变变形研究

无砟轨道能适应高速铁路高平顺性和高稳定性的要求,但可调性很小。预应力混凝土的后期徐变变形会引起桥梁的上拱和下挠,造成轨道不平顺。本文研究混凝土桥梁徐变变形的原理和计算方法,对现行中国铁路规范、中国公路规范和欧洲混凝土规范中的混凝土徐变系数与试验值作了比较。结果表明。3个规范的徐变系数都较实测值大,中国现行铁路规范的混凝土徐变系数又较另2个规范大,比较保守。对一座85 m＋135 m＋85 m的高速铁路预应力混凝土桥梁,模拟施工全过程,按成桥后10 d和90 d两种时间铺轨,计算分析铺轨后20年间由混凝土收缩、徐变、预应力损失引起的徐变变形。结果表明,按现行铁路规范计算所得的上拱值最大可达20 mm,比按现行公路规范计算大得多;徐变变形对铺轨时间较敏感,成桥后等待90 d再铺轨,后期徐变变形上拱度可显著下降。     

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。     

波形钢腹板钢底板混凝土组合梁的挠度分析

研究目的:为精确分析波形钢腹板钢底板混凝土组合梁在长期荷载作用下的挠度变化,在纳入组合梁剪切变形效应、剪力滞效应及收缩徐变效应对挠度计算影响的基础上,采用能量变分法推导出波形钢腹板钢底板混凝土组合梁的控制微分方程与自然边界条件,得到波形钢腹板钢底板混凝土组合简支单箱双室箱梁分别在跨中集中荷载和满跨均布荷载作用下的挠度计算公式;利用所得公式计算荷载作用7d、1 000d和3650 d时的挠度值,与ANSYS数值解以及不考虑收缩徐变效应的计算值进行对比,并通过了模型试验结果的验证。研究结论:(1)本文挠度计算值与ANSYS数值解及模型试验结果吻合良好;(2)波形钢腹板钢底板混凝土组合简支箱梁在跨中集中荷载和满跨均布荷载作用1000 d后,跨中挠度分别增大了9.12%和12.94%;(3)在3650 d后,跨中挠度分别增大了14.69%和18.32%,显然收缩徐变效应对组合箱梁挠度计算的影响不可忽略;(4)本文研究可为同类波形钢腹板钢底板混凝土组合梁的挠度计算提供参考。     

客运专线大跨连续梁桥徐变效应分析

混凝土徐变是影响客运专线上的预应力混凝土连续梁桥轨道平顺性的一个重要因素,并且对于悬臂浇筑施工及徐变引起的梁端变形也会影响主跨的合龙.介绍并探讨了目前国内外常用的徐变模型以及徐变效应的计算方法.通过对杭甬客运专线上某大跨连续梁桥的收缩徐变进行计算,并与实测值进行比较,分析其施工阶段的徐变效应.     

CRTSⅡ型无砟轨道板疲劳时变可靠度研究

针对CRTSⅡ型轨道板疲劳的潜在失效模式,依据混凝土材料的疲劳性能,建立列车荷载与温度荷载共同作用下CRTSⅡ型轨道板混凝土疲劳功能函数,利用该功能函数开展基于时变可靠度理论的CRTSⅡ型轨道板疲劳时变可靠性研究。时变可靠度、时点可靠度及蒙特卡洛的计算结果对比表明:时点可靠度方法的计算结果与蒙特卡洛结果有较大误差,而本文采用的时变可靠度方法的计算结果与蒙特卡洛方法的输出结果几乎一致,说明本文方法计算精度较高。算例结果表明,在轨道板服役后期,轨道板纵向轨下截面处受拉边缘纤维混凝土容易发生弯拉疲劳开裂,这说明作为主要承受疲劳荷载(循环次数较多、荷载较大)的构件,轨道板的抗疲劳性能需进一步加强。     

大跨度箱梁桥温度与混凝土收缩徐变耦合效应分析

为准确考虑温度对大跨度混凝土箱梁桥长期力学行为的影响,以帕劳共和国KororBabeldaob桥为例,利用Midas/Civil软件建立分层模型反映箱梁顶板、底板以及腹板的温度差异,采用B3模式计算温度与混凝土收缩、徐变的耦合,深入探讨了该耦合作用对箱梁关键截面预应力损失、挠度以及应力的影响。研究结果表明:温度与收缩、徐变耦合作用使合龙时及合龙18a后主墩顶负弯矩区预应力损失分别增大30.9%和13.5%;使合龙18a后主跨跨中挠度增大47.3%,主墩顶负弯矩区箱梁顶板应力减小40.1%,对底板应力基本无影响;且温度越高,主跨跨中下挠速度越快,主墩顶负弯矩区顶板应力在桥梁运营前期降低越快,在运营后期顶板应力逐渐趋于定值。     

预应力混凝土曲线连续梁桥施工及使用过程时效仿真分析

根据BP-2理论,考虑混凝土的收缩徐变、预应力及其损失等因素的影响,采用按龄期调整的有效弹性模量法和有限单元步进法,编制预应力混凝土曲线连续梁桥的时效仿真分析软件,计算结构在整个施工过程及投入使用后任意时刻任意位置的内力和变形,实现对预应力混凝土曲线连续梁桥施工过程进行实时控制的目的。应用该仿真分析软件对1座3跨曲线连续梁桥的分析表明,混凝土的收缩徐变和预应力对桥梁结构的内力和变形均有较大的影响,而且某些截面的控制内力往往发生在施工过程中而非成桥后。因此对于分阶段施工的预应力混凝土曲线连续梁桥,应该结合实际的施工过程进行相应阶段的内力计算,以确保各个施工阶段的内力值在安全范围内。     

广深港客运专线连续梁拱后期变形预估研究

研究目的:无砟轨道预应力混凝土梁受收缩徐变的影响,会产生后期徐变变形,引起桥梁的上拱和下挠,并且随着时间的延续这种变形增大,导致轨道的不平顺。研究成桥后不同的铺轨时间及改变成桥吊杆力对主梁徐变变形的影响,并考虑徐变及温度引起的主梁初始变形对该桥进行动力分析。研究结论:对广深港客运专线跨骝岗涌水道(76+160+76)m连续梁拱模拟计算施工过程,分析得知:(1)铺轨时间对徐变变形影响较大,延长铺轨时间,主梁徐变变形变小;(2)成桥吊杆力越大,主梁边跨下挠值和中跨上拱值均变大;成桥吊杆力越小,主梁边跨下挠值和中跨上拱值均变小;(3)考虑徐变及温度引起的主梁初始变形对该桥进行动力分析,结果表明动力性能满足要求;(4)研究成果可应用于大跨度桥梁后期变形的控制。     

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。     

杭州湾大桥梁上运梁过程仿真分析

对杭州湾大桥非通航孔滩涂区的50 m箱梁上运梁过程进行空间仿真分析。按照实际工况荷载,考虑预应力空间效应,施加等效节点力,并合理考虑支座等细部建模,建立精密的三维实体有限元仿真模型。混凝土的材料特性按现行公路桥梁设计规范取值,考虑最不利计算荷载,支座底部按刚性单元模拟,而与梁相接触层的弹性模量满足梁端回转变形时不出现拉应力,在结构离散时尽可能细分单元网格,由于梁端的应力相对复杂,采用比跨中更密的单元网格。计算承重箱梁整体变形和空间应力分布特性,结果为,由于载荷位置在支座附近,变形相对较小,最大挠度在反拱位移之内。支座截面的最大主拉应力发生在底板上表面侧,超过混凝土的开裂强度,因此,对该区域的混凝土应采取加劲处理,以防止混凝土拉裂;最大主压应力发生在架桥机肢腿处附近,小于混凝土的抗压强度。     

变截面薄壁箱梁剪力滞计算的 板元梁段法

为了计算分析变截面薄壁箱梁剪力滞效应及其参数的敏感性,提出一种考虑剪力滞效应的三节点板元梁段法。基于箱梁截面内应变-位移-基本变形之间的关系,以形函数作为单元内高度变化的插值函数,利用最小势能原理推导出梁段法对应的等参有限元行列式。使用编写的有限元程序对算例进行计算,梁段单元法计算结果与模型的实测值及有限元数值结果均吻合良好,验证了理论方法与公式推导的正确性和可靠性;在集中和均布荷载2种工况下,分别考察变截面薄壁箱梁剪力滞效应分析中常见影响参数的敏感性,研究结果表明:翼宽比、宽跨比和腹板倾角是影响变截面箱梁剪力滞效应的主要因素。文中方法计算精度好、效率高,对分析变截面箱梁的剪力滞效应具有一定的参考价值。