钢-混凝土叠合板组合桥面的徐变和应力重分布研究

以某特大跨度拱桥的钢-混凝土叠合板组合桥面为工程背景进行有限元分析,探讨了活载和恒载作用下不同龄期混凝土弹性模量的取值;研究了预制板不同加载龄期、混凝土板是否采用叠合板等因素对大跨度钢-混凝土叠合板组合结构徐变的影响,以及钢-混凝土叠合板组合梁截面由于徐变引起的内力重分布效应。研究结果表明:钢-混凝土叠合板组合结构中,由于预制混凝土板和现浇混凝土龄期不同,从而收缩徐变和变形模量不同,在运营过程中,会引起现浇混凝土、预制混凝土板和钢梁三者之间发生应力重分布。与全部一次现浇混凝土组合梁相比,采用叠合板梁可以减少混凝土的收缩徐变。     

组合梁中的时效行为计算分析

采用按龄期调整的有效模量,结合有限单元步进法,提出一种计算组合梁中时效行为的方法。该方法通过迭代法计算与时间有关的混凝土收缩徐变及力筋松弛引起的预应力损失。应用这种分析方法,编制相应的计算程序,进行一个组合框架及一座两跨连续组合梁的时效行为分析。结果表明,混凝土的收缩、徐变以及预应力损失对组合梁的应力重分布影响很大。     

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。     

考虑部分剪力连接作用的简支组合梁桥受力特性的解析解法

组合梁桥中根据钢梁与混凝土板间接合刚度的不同,组合作用可分为完全组合和部分组合.部分组合梁桥与完全组合梁桥的受力特性具有显著差异.部分组合梁桥设计时采用目前常用的换算截面法计算是不准确的.鉴于此,对剪力键抗剪刚度沿梁长均布或三角形分布情况下部分组合简支梁桥的内力和变形计算进行了理论推导,得出了截面内力和主梁曲率方程.     

预应力混凝土简支梁徐变应力重分布的研究

基于平截面变形、徐变与应力之间符合线性关系和徐变特性与加载龄期之间的关系符合老化理论等假定，探讨了不同龄期混凝土组合梁的徐应变力重分布问题，研究了分片预制桥位设现浇接缝的预应力混凝土简支T梁徐应应力重分布的计算理论和计算方法，推导了徐变应力重分布计算公式，组合结构由于先、后浇注的混凝土存在明显的龄期差和应力差，徐变将产生明显的应力重分布，应力重分布效应取决于先、后浇注的混凝土的龄期差和应力差，秦沈客运专线跨度16m简支T梁徐变应力重分布测试表明，对先期浇注的混凝土部分，重分布应力大约占总恒载应力的10％－20％，而对后期浇注的混凝土部分，影响比值更大，甚至有可能使应力反号，徐变应力重分布现象应引起足够的重视。     

组合截面混凝土梁在城市轨道交通中的应用

工形组合截面混凝土梁由预制部分和现浇部分叠合而成，由于混凝土的收缩徐变及预应力损失的影响，截面存在应力重分布现象，梁的受力、变形计算与全截面预应力梁相比有所不同。文章以25m跨度的工形组合梁为例，介绍组合截面梁在城市轨道交通中的应用。     

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。     

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。     

考虑纵向剪力重分布影响时组合梁界面滑移及挠度变形的理论分析

为了在有关组合梁界面滑移及挠度变形的研究中考虑纵向剪力重分布的影响,本文以受均布荷载作用的简支组合梁为对象,研究栓钉等柔性连接件塑性变形引起的纵向剪力重分布.根据连接件的受力状态,将界面受力全过程划分为3个工作阶段,建立相应阶段的纵向剪力简化计算模型,推导轴向力和截面曲率方程,进而得到组合梁界面滑移及挠度变形的计算公式,并将本文计算结果与按我国钢结构设计规范建议的折减刚度法得到的计算结果进行比较.比较结果表明,在分析组合梁各受力阶段的界面滑移及挠度时,需考虑界面纵向剪力重分布的影响.     

周期温度作用下轴心受力混凝土结构徐变效应分析

为研究长期变温环境下考虑徐变效应时高速铁路纵连板式无砟轨道体系的结构内力，建立两端固定的轴心受力素混凝土板简化模型，设置假设条件，在已有的恒温徐变模型及变温徐变计算方法的基础上建立递推公式，分析温度参数和周期时间对徐变作用的影响，以及徐变对结构内力和变形的影响。结果表明：与不考虑徐变效应或考虑徐变系数恒定相比，考虑徐变系数随温度变化时结构受力更不利；预测结构整体内力变化趋势时，可不考虑日升降温对徐变效应的影响，只需考虑季节性升降温影响；长期受周期季节性温度变化作用，随周期温度作用循环次数的增加，结构最大拉应力增大，自第二循环起结构最大压应力减小。     

高速铁路路基桩板结构差异沉降限值探讨

桩板结构属于超静定结构,各桩之间的差异沉降会引起显著的结构内力,把空间结构近似简化成平面结构,采用结构力学分析方法,分别对5 mm和2 mm的差异沉降进行内力计算。计算过程中综合考虑温度变化,混凝土收缩徐变,列车动力作用,不同桩位发生支座下沉,采用6种工况组合分别计算,得出不同差异沉降对结构内力的影响。     

短线法简支转连续刚构桥收缩徐变效应分析

以某四跨一联简支转连续刚构桥(跨径(38+40+40+38)m)为例,采用Midas-civil建立连续刚构桥全桥分析模型,对主梁分别采用不同存梁期预制梁的连续刚构桥,计算其桥墩和主梁的相关变形及内力。研究结果表明:预制梁混凝土早期自收缩发展较快,同时由于收缩徐变效应与混凝土龄期直接相关,存梁期对结构内力和变形影响较大,建议施工中采用存梁期大于90 d预制梁。由于收缩徐变作用,与30 d存梁期相比,90 d和180 d存梁期成桥墩顶内力分别减小11.8%和20.2%,成桥跨中挠度分别减少19.2%和31%。在主梁施工控制时必须考虑实际存梁期来调整结构线形。分析结构体系转换后主梁内力及变形可知,主梁收缩徐变内力重分布及变形基本在3 a内完成,后期变化逐步平稳,但边墩受收缩徐变影响时间相对较长,验证了本桥型边墩施工顺序及采用柔性设计的合理性。     

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。     

考虑钢-混凝土滑移效应的下承式钢桁结合梁受力特性研究

对下承式64 m双线钢桁结合梁,考虑钢梁与混凝土板之间的滑移,采用空间梁、板壳单元建立有限元计算模型,钢梁与混凝土板间的连接根据剪力钉刚度,采用弹性连接模拟,通过二期恒载、混凝土桥面板收缩徐变工况的计算分析,研究下承式钢桁结合梁受力特性。计算结果表明,下承式钢桁结合梁中由于混凝土板与主桁下弦杆共同作用承受纵向拉力,钢梁与混凝土板之间的滑移对桥梁结构内力影响较大,设计计算时不适合采用钢梁与混凝土板刚接或换算截面法,建议根据剪力钉刚度钢梁与混凝土板之间采用弹性连接模拟,不同荷载工况可按结构受力对剪力钉刚度进行适当调整。     

剪力键布置方式对连续组合梁桥受力特性的影响

在连续组合梁桥中,剪力键的类型、布置范围和布置间距的差别将引起结构受力特性的差异。利用通用有限元软件MSC NASTRAN对连续组合梁桥结构进行了数值模拟(主要包括用弹簧单元和MPC单元模拟不同类型和抗剪刚度的剪力键,以及用GAP单元模拟负弯矩区混凝土板的开裂),计算了在不同剪力键布置方式下连续组合梁桥的内力分布和变形。通过对计算结果的分析比较,认为剪力键布置方式的不同导致界面处剪力分布、滑移分布、负弯矩区混凝土板中钢筋应力分布、挠度等的显著变化。尤其在连续组合梁桥负弯矩区配置柔性剪力键,可以大大降低混凝土板中钢筋的拉应力;不过,在柔性剪力键与跨中刚度较大的剪力键相交位置,会在刚性剪力键中产生很大的剪力集中,钢筋中也出现轻微的应力集中。因此,工程人员在连续组合梁桥结构设计过程中可以通过调整剪力键的布置方式,使其结构内力分布和变形更加合理。     

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。     

桩基础收缩徐变对刚构桥计算的影响

通过比较刚构桥在不考虑桩基础和考虑桩基础的收缩徐变情况下的内力和位移,阐明了桩基础的收缩徐变对刚构桥梁部的内力影响较大,而对刚构桥梁部的位移影响不大,对刚构桥桥墩的内力和位移也影响不大;分析了收缩徐变时间对刚构桥内力的影响。在此基础上,对刚构桥的设计提出了一些合理的建议。     

高速铁路矮塔斜拉桥运营阶段收缩徐变效应分析

为探究高速铁路预应力混凝土矮塔斜拉桥运营阶段收缩徐变效应规律,依托新建京沈高铁潮白河特大桥工程,借助有限元方法,以成桥阶段为基准,分析运营3个月至30年等时间段后,收缩徐变引起结构主要构件的变形和受力变化规律。研究表明：(1)收缩徐变引起主跨主梁下挠,有斜拉索锚固的边跨主梁上拱,无斜拉索锚固的边跨主梁下挠,桥塔有向主跨跨中方向变形的趋势;(2)收缩徐变作用下,主梁截面上下缘应力变化规律不同,塔柱和斜拉索内力均减小;(3)收缩徐变对结构变形和受力的影响呈现早期大、后期小和早期快、后期慢的规律,运营3年后,收缩徐变引起的结构变形和受力变化完成约80%,运营5年后,收缩徐变对结构的变形和受力几乎无影响;(4)非对称施工使结构运营期间的收缩徐变最大变形减小约20%,对结构后期运营无不利影响。     

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。