基于温度修正徐变模型的公路大跨连续刚构桥结构状态影响分析

现行公路桥规中未考虑自然环境温度变化对徐变系数的影响,由此可能导致理论计算结果与桥梁实际状态存在较大差异。基于此,该文以规范徐变模型为基础,引入了一种能够考虑环境温度变化的混凝土组合徐变公式,通过数学函数拟合既有温度历史数据预测环境温度随时间变化历程,提出了一种考虑温度修正项的改进型规范徐变公式。以一座主跨为182 m的公路大跨预应力混凝土连续刚构桥为背景,建立徐变模型计算桥梁施工及运营典型阶段的主梁挠度及应力状态,并与规范模型进行对比。结果表明:环境温度变化对徐变系数有较大影响,因桥址地区常年气温较高,温度修正后的徐变系数终值大于规范值;环境温度变化对主梁挠度有较大影响,考虑温度修正项后主梁挠度极大值较规范模型值增长显著,其中跨中挠度最大增幅达到67.1%,建议在进行主梁挠度分析时计入环境变温效应;两种徐变模型下主梁应力随梁长变化趋势一致,应力极大值差异小。     

大跨PC梁桥张拉临时体外束降低后期徐变下挠分析

主跨跨中持续下挠是大跨PC梁桥一大病害,至今都无法有效解决。而徐变是造成梁体下挠的主要原因,因此提出在悬臂施工阶段张拉临时体外束来加快徐变发展,从而减少桥梁运营后由混凝土徐变产生的下挠。以红岩溪特大桥为依托工程,并考虑4种临时体外束方案,通过有限元分析了各方案对梁体受力及变形的影响,同时分析了临时体外束对预应力的影响。结果表明在施工阶段使用临时底板体外束后,能显著降低成桥后负弯矩区结构转角及主跨跨中下挠,同时还能有效提高跨中截面抗裂性能。     

随机变温作用下徐变对预应力混凝土梁桥结构行为的影响

结合在自然环境条件下开展徐变试验和既有研究成果,对现有可考虑温度影响的徐变模型包括Fahmi提出的基于时间-温度等效原理的徐变模型、CEB-FIP(1990)模型、BP模型、B3模型和组合徐变模型进行比选,并将比选出的组合徐变模型应用于预应力混凝土梁桥的徐变效应分析中。假定徐变符合弹性徐变理论,基于初应变法解决了应用组合徐变模型进行桥梁结构徐变效应分析的问题。通过将基于组合徐变模型和依据我国公路04桥规分析得到的桥梁结构变形、应力和预应力损失结果进行比较,探究忽略实际变温对徐变影响可能导致的桥梁结构行为估算偏差。研究结果表明:考虑实际环境变温影响的徐变系数预测值与试验值更为贴近,现行徐变模型因未计入环境变温影响,可能低估了冬季和春季浇注混凝土的徐变,高估了夏季和秋季浇注混凝土的徐变;在考虑自然环境温度影响的徐变作用下,梁体下挠度可较规范值大约15.5 mm,截面应力与规范值的最大相对偏差约为10%,预应力损失可较规范值大约40%以上。随机变温作用下混凝土徐变,加剧了桥梁梁体持续下挠、混凝土开裂和预应力损失等问题。因此,在桥梁结构设计中推荐采用组合徐变模型计入实际环境变温对结构混凝土徐变行为的影响,从而为预应力束的合理布置与张拉控制、梁体预拱度的准确设置等方面提供参考。     

悬浇连续梁施工监控及影响因素

以某特大桥为工程背景,研究悬浇连续梁桥施工监控的关键技术,探讨了施工过程中影响梁体线形的主要因素。结果表明:温度和预应力效应对梁体线形影响显著。温差越大,悬臂长度越长,梁体标高变化越大。预应力张拉后梁体实测上拱量较理论预测明显偏小,两者比值主要集中在0.6～0.8;同时,先拆除临时固结后合龙中跨往往会导致中跨线形下挠明显,特殊情况下易出现不可控现象,对主跨100m以上的连续梁线形控制较不利。     

基于无应力正装迭代法的大跨混凝土斜拉桥合理施工状态分析

大跨混凝土斜拉桥收缩徐变效应显著,单一计算方法很难完美确定其合理施工状态。目前确定斜拉桥合理施工状态的常见计算方法有前进分析法、倒退分析法、正装迭代法、倒拆—正装交互迭代法、无应力状态法等。以一座主跨300 m的大跨混凝土斜拉桥为依托,建立Midas三维空间有限元模型,基于无应力状态法与正装迭代相结合的计算方法,确定其合理施工状态,获取考虑收缩徐变效应后无应力正装迭代收敛本质及相关迭代规律。主要结论表明:考虑混凝土材料收缩、徐变效应后,构件无应力状态量会随施工过程发生变化,收缩徐变对结构线形影响实质是对结构构件无应力状态量的影响,导致最终成桥状态与目标状态不闭合;调整无应力状态量进行正装迭代分析可实现闭合;基于无应正装迭代法,大跨混凝土斜拉桥索力、线形与设计值能够闭合,内力与设计值接近。     

逐跨施工混凝土连续箱梁考虑徐变的剪力滞效应研究

为了解徐变对逐跨施工连续箱梁桥剪力滞效应的影响,基于能量变分法及混凝土徐变理论,建立2跨逐跨施工连续梁考虑剪力滞效应的混凝土徐变次内力计算公式,并以跨径为30m+30m的逐跨施工现浇箱梁桥为例进行计算。结果表明:对于存在施工过程体系转化的逐跨施工连续梁桥,徐变次内力增加了梁体在负弯矩区的弯矩、减小了梁体正弯矩区段的弯矩;考虑徐变效应后,截面的剪力滞效应有所减弱。算例结构中,支座负弯矩区最大剪力滞系数减小20.26%,跨中正弯矩区的剪力滞系数增加了2.1%。     

PC连续刚构桥合龙顶推力优化方法研究

为探究成桥运营节段最优顶推力的求解方法，基于线性规划理论，构建了考虑徐变效应的优化数学模型，联合Matlab中fminimax函数工具箱和ANSYS进行了联合迭代优化求解。计算结果表明：线性规划理论可有效解决最优顶推力计算的问题。顶推力优化后，桥墩最大偏位有显著降低，墩柱拉应力均控制在0 MPa,主梁跨中最大下挠亦有大幅下降。通过控制合龙顶推力大小，可实现对运营期桥梁墩柱偏位、应力及主梁线形的调控。     

考虑季节性温湿变化的混凝土桥梁徐变计算模型研究

为研究温湿变化对混凝土桥徐变效应的长期影响,建立考虑季节性温湿变化的混凝土桥徐变计算模型.该模型以卢志芳模型为基础,选取我国6个典型温湿度特征城市,基于徐变系数非减原则,建立温湿度时变函数,利用多项式累加和积改进卢志芳模型,得到改进徐变模型.将该模型应用于某预应力混凝土连续梁桥(假设该桥分别位于6个城市)10年徐变效应...     

大跨径钢混组合梁桥徐变效应研究

利用大型有限元软件Midas建立港珠澳钢混组合梁桥精细化有限元模型.根据港珠澳大桥所处地理位置和气候特点,对传统的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）的徐变预测模型进行修正,建立考虑变温影响的徐变修正模型,计算得到徐变效应产生的桥梁长期挠度值以及应力变化关系.通过分析在不同初始加载时间下桥梁边跨跨中挠度最大值增长情况,总结得到了徐变在全年的发展规律.结果表明,使用该修正模型计算组合梁桥徐变效应能够适应当地季节更替明显、温度变化大的特点,能够更为精确地计算徐变效应引起的长期挠度值,为桥梁设计施工提供科学依据.     

采用斜拉索体系加固普特桑德预应力混凝土悬臂梁桥

在挪威主跨138m的普特桑德预应力混凝土悬臂箱梁桥加固过程中，在该桥主跨原支点处安装桥塔，从桥塔至主跨跨中锚固斜拉索，解决了箱梁剪切裂缝及跨中悬臂严重下挠问题。介绍该桥加固中采用的创新方法，以及悬臂箱梁桥在结构体系转变中的受力分析，加固施工中应该注意的关键事项。     

基于联合静动力修正的混凝土斜拉桥主梁挠度变化规律研究

针对混凝土斜拉桥服役期间主梁不断下挠的问题,该文基于修正模型分析大跨度混凝土斜拉桥服役期间主梁挠度变化规律。采用联合静动力的有限元模型修正方法,构造双目标优化问题,基于非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）求解,得到Pareto最优解集,从Pareto最优解集中找到协调最优解,从而实现有限元模型修正。模型修正后的静力位移和自振频率计算值与实测值吻合较好,能更好地反映结构的实际工作状态。在此基础上,结合主梁线形历年监测数据,分析不同徐变模式及拉索松弛效应等时变因素对主梁线形的影响,分析结果表明：采用CEB-FIP 2010徐变模式计算的挠度与实测挠度更加接近。中跨跨中下挠量最大,服役20年下挠量约为270 mm;主梁跨中挠度前5年平均增长率达33 mm/年,前5年挠度约占前40年的50%,后期主梁下挠趋于平缓。     

高墩大跨连续刚构桥施工控制参数敏感性分析

为研究高墩大跨连续刚构桥施工控制参数的敏感性,以贵州乌江特大桥为例,采用MIDAS Civil软件建立该桥三维有限元模型,计算施工监控过程中各主要参数的取值对结构线形和内力的影响.计算分析结果表明,混凝土节段重量、收缩徐变、温度荷载等参数对该桥施工控制精度有显著影响,混凝土弹性模量参数的影响比较明显,预应力参数敏感程度相对较低.在施工控制过程中,应及时收集节段混凝土容重、弹性模量等参数,根据实际施工时间历程考虑收缩徐变效应的影响,并对计算模型加以修正;在设置预拱度和监测数据测量时,要充分考虑到温度对桥梁的线形及应力的影响.     

客运专线大跨度PC连续箱梁桥收缩徐变研究

预应力混凝土连续箱梁桥的结构形式因其具有结构变形小、整体受力性能好等优点而被广泛应用,但是在桥梁运营阶段,梁体会因桥梁设计及施工过程中考虑收缩徐变不足而产生裂缝和不同程度的下挠现象。为了考虑混凝土收缩徐变对结构性能的影响规律,该文以青弋江客运专线预应力混凝土单箱三室连续梁桥为背景,通过有限元分析软件Midas/Civil对收缩徐变引起的主梁挠度、内力、钢束预应力损失进行对比分析。结果表明:混凝土收缩徐变引起主梁挠度增大,对中跨跨中附近影响尤其显著,考虑收缩徐变影响后主梁挠度变化曲线与实测值吻合度较好;混凝土收缩徐变导致主梁内力重分布,在成桥后前3年影响速率较大,以后逐渐趋于稳定;混凝土收缩徐变引起的钢束预应力损失,在跨中附近影响程度较大,在桥墩处影响程度较小;收缩徐变效应在成桥3年时已完成绝大部分。     

控制大跨连续刚构桥梁过度下挠的技术措施

为避免大跨连续刚构桥过度下挠及其危害,以主跨330m的重庆石板坡长江大桥复线桥为背景,研究有效控制该类桥梁过度下挠的技术措施。该桥通过采用钢-混组合结构体系降低恒载弯曲效应;通过设置体外索主动控制梁体的下挠;通过采取合理的预应力度和布置形式优化梁体受力;并结合应用恰当的徐变理论和参数以及通过加强混凝土养护等多种技术措施综合并用。通过与该桥多年实测的下挠数据及规律的对比,验证所采用技术措施的有效性。在此基础上对大跨连续刚构桥的设计提出了选择优良的结构体系、体外索主动控制下挠、优化预应力配置、保证工期及加强养护等有效的技术措施以避免梁体发生过度下挠的建议。     

高速铁路悬浇连续梁线形偏差成因分析与对策

该文以某高速铁路特大桥为工程背景,通过理论预测与实测反馈分析研究高速铁路悬浇连续梁桥线形偏差的成因及对策.结果表明:预应力、节段自重、截面刚度、温度及徐变是影响线形控制的关键因素.预应力张拉后梁体实测上拱量较理论预测明显偏小,先结构体系转换后中跨合拢会导致中跨线形下挠明显.     

混凝土斜拉桥长期性能试验

以广东省惠州市合生大桥为工程背景,现场制作了1∶15的大比例预应力混凝土斜拉桥模型,进行了混凝土斜拉桥模型和混凝土棱柱体试件的徐变试验。基于混凝土棱柱体试件数据,得到了可用于有限元分析的徐变系数计算公式,并建立了考虑体表比的修正模型。结果表明:边跨支座反力基本不变;主跨支座和辅助墩支座的反力随时间呈增加趋势;实测徐变应变在(55~85)×10-6范围内;主梁最大徐变位移3.0 mm;桥塔收缩徐变引起的主梁位移占总位移的30%~60%;主跨的2对尾索索力变化最大,下降约6.5%;用修正模型对模型桥进行分析,其应变、位移、索力等的计算结果与实测数据吻合较好,具有良好的适用性。     

某预应力混凝土连续刚构桥收缩徐变效应研究

本文采用《桥涵设计通用规范》(以下简称中交04)、《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(以下中铁05)及欧洲混凝土委员会和国际预应力混凝土协会《CEB-FIP标准规范》(以下简称CEB-FIP1990)、美国混凝土学会《ACI209规范》(以下简称ACI209规范)中涉及的四种计算模型对某预应力混凝土连续刚构桥收缩徐变效应进行研究,通过MIDAS有限元模拟对该桥施工及运营各个阶段的收缩徐变进行分析,重点考虑在收缩徐变对该桥结构产生的影响,并比较不同规范计算模型下的收缩徐变差异。     

大跨组合连续梁桥不同温度梯度模式的效应研究

选取国内外四种温度梯度规范作为计算工况,对某大跨组合连续梁桥在不同温度梯度模式下的效应进行研究。分析结果表明:不同温度梯度模式下的效应分布具有一定相似性,但随着温差分布形态及特征值的不同,温度效应值相差很大。对于温度梯度各国规范规定了梁顶最大温差,但是自然环境复杂多变,不具有普遍适用性,采用改变梁顶最大温差方法,计算不同规范组合梁下缘应力和主梁线形,分析不同规范组合梁下缘应力和主梁线形的变化规律。     

考虑施工过程的钢箱—混凝土组合梁桥的徐变效应分析

采用ANSYS建立3×50 m的桥梁实体有限元模型，并基于按龄期调整的有效模量法和有限元增量法，使用徐变准则进行徐变等效计算，在考虑施工过程后研究预制板加载龄期为90 d的钢混组合梁桥的徐变效应，并对比预制和现浇两种不同施工方法的桥梁徐变效应。研究结果表明，桥面板中支点负弯矩区徐变应力储备是边支点的7.8倍；跨中徐变应力纵向分布为边跨>中跨，而横向呈现“两边大，中间小”的规律；支点截面呈现明显的正剪力滞现象，且外侧腹板处徐变应力为内侧腹板处的3.5倍。同时，相较于整体现浇桥面板，预制桥面板的边跨正弯矩区徐变应力显著减小，采用龄期180 d的预制板时应力减少了45%;预制比现浇桥面板的剪力滞现象更明显，支点截面龄期180 d的预制板腹板应力为现浇的4.3倍。     

桥面板徐变效应对组合箱梁桥剪力钉力学行为的影响

钢—混组合梁桥中桥面板通过剪力钉连接。以某三跨一联钢—混组合连续箱梁直桥为例,使用ANSYS建立全桥精细化实体模型,模拟桥梁的分阶段施工,对比了预制桥面板与现浇桥面板徐变效应下剪力钉内力,并分析了预制桥面板存放时间对其的影响及其在成桥10年间的时间历程。研究表明,桥面板采用现浇施工时,剪力钉横桥向徐变内力较采用预制桥面板时有不同程度的增大,在每跨支点区域增量可达其徐变内力值的25%～30%,而跨中区域增幅较小;桥面现浇对剪力钉顺桥向徐变内力有一定的“卸载”作用,全桥剪力钉顺桥向徐变内力均减小并且在两侧支点处减幅最大,可达25%,而跨中区域剪力钉减幅不明显。若采取预制桥面板,可通过延长预制混凝土板龄期来减小成桥阶段剪力钉的徐变内力,但这种方法对早期混凝土较为有效,经综合比较认为预制存放龄期为180 d较为合理。混凝土徐变速率在成桥初期较大,而后逐渐降低,成桥前2年桥面板徐变可完成80%～90%;作为累计内力的剪力钉徐变内力,在成桥前2年可达总徐变内力的90.2%,而后由于混凝土徐变速率缓慢,剪力钉内力变化不大。