十五、钢筋混凝土构件的变形 (一)短期荷载作用下的变形

钢筋混凝土构件的变形,包括短期与长期变形两种。近年来由于装配构件的采用,以及高强轻质材料的应用,要求更精确地计算钢筋混凝土构件的变形。特别桥梁结构承受较强的动载,在跨度上更显示变形计算的重要性。与变形计算密切相关的裂缝理论、钢筋与混凝土粘结理论,混凝土的收缩徐变均影响长期变形的发展。这里分两篇分别对短期变形与长期变形做一综合介绍。     

车辆活载对预应力混凝土斜拉桥主梁变形长期影响的研究

桥梁下挠是评价其刚度的主要指标,也是评价桥梁健康状况的一个重要参数,对其长期实时监测,可以及时了解桥梁的健康状况。影响大跨径预应力混凝土斜拉桥主梁下挠的因素复杂,相互耦合,长期影响机理尚未完全掌握。因此,本研究对某预应力混凝土斜拉桥结构变形进行长期监测分析,从不同角度分析监测数据,总结车辆荷载对预应力混凝土斜拉桥主梁变形的影响规律。     

填石料的长期变形性能模拟试验研究

介绍了两种较有代表性的填石料的长期变形性能模拟试验情况，模拟试验已持续了10个月，通过对两种填石料不同成型密度试样的长期性能试验，证明填石料的长期变形性能除了与填石料的岩石特性和成型密度有关外，干湿循环是影响填石料的长期变形性能的主要因素。     

钢管微膨胀混凝土轴压短柱长期变形研究

针对钢管混凝土拱桥中普遍采用的钢管微膨胀高性能混凝土,考虑轴压比、加载龄期等因素的影响,进行了圆钢管微膨胀混凝土轴心受压短柱的长期变形试验研究。采用逐步积分法,将5种不同混凝土收缩、徐变模型进行适当修正,应用于钢管微膨胀混凝土轴心受压短柱的长期变形分析,并将分析结果与试验结果进行对比。分析了含钢率、加载龄期、持荷时间、混凝土强度等因素对钢管微膨胀混凝土构件长期静力性能的影响。研究结果表明:修正后的EC2,MC90及AFREM模型在分析加载龄期不超过28d的钢管微膨胀混凝土构件在轴向荷载作用下的长期变形性能时具有较高的精度;核心混凝土时效作用对钢管微膨胀混凝土构件长期静力响应的影响显著。     

高纬度多年冻土区漠北公路路基变形特征分析

通过漠北公路沿线各试验段不同冻土条件和工程措施下各层土体沉降变形状况,分析东北高纬度岛状多年冻土区路基沉降变形主要发生土层部位及其破坏原因。分析结果表明:路基施工完成后早期路基变形较大,主要由工后不均匀沉降变形引起,变形主要由原天然地面下季节活动层的沉降压缩变形等引起,由于运营时间较短,由多年冻土融化引起的沉降变形很小。路基沉降变形主要发生在暖季,在冷季（11月~次年6月）路基基本保持稳定,变形很小。路基整体变形状况与冻土含冰量、冻土地温有一定的关系。高温多年冻土区比低温多年冻土区变形大。     

漠北公路高纬度多年冻土区路基变形特征分析

为探讨东北高纬度岛状多年冻土区路基路面病害原因,对漠北公路沿线冻土路基不均匀沉降变形状况进行了分析。基于漠北公路沿线不同冻土条件和工程措施下各层土体沉降变形状况,探讨路基沉降变形主要发生的土层部位、路基沉降变形破坏原因等。分析结果表明:路基施工完成后早期路基变形较大,主要由工后不均匀沉降变形引起,变形部位主要发生在原天然地面下季节活动层;由于运营时间较短,由多年冻土融化引起的沉降变形很小。路基沉降变形主要发生在暖季,在冷季(11月～次年6月)路基基本保持稳定,变形很小。路基整体变形状况与冻土含冰量、冻土地温有一定的关系。高温多年冻土区比低温多年冻土区变形大。     

长期荷载作用下混凝土徐变对连续刚构桥变形的影响分析

混凝土的徐变是引起连续刚构桥长期下挠的重要原因。文中以一座连续刚构桥为例,分析了长期荷载作用下混凝土徐变对连续刚构桥变形的影响规律,并对混凝土加载龄期,以及成桥交通开放时间等参数进行了探讨。分析结果表明,混凝土徐变对桥梁结构变形的影响是一个长期、逐渐累加的过程;如果混凝土加载龄期太小,将会导致桥梁结构长期变形显著增大;推迟成桥交通开放时间可明显减小桥梁结构的长期变形。     

水化学作用对边坡变形的影响初探

边坡变形是岩土工程学科中的一项重要研究课题，水是影响边坡变形的最重要因素之一，以往的工作主要侧重于水作用对岩土体力学效应的研究，本结合某工程实例中对边坡变形的长期现场监测资料，并以实验研究为基础，初步探讨了边坡岩土体受水化学作用的变化机理，分析了水化学作用对边坡变形的影响，为重大工程中的滑坡整治问题提供了有效的参考。     

基于灰色系统的桥梁长期变形预测研究

针对大跨径预应力混凝土箱梁桥长期变形影响因素众多,影响机理不明确,计算理论不完善的现状,基于灰色预测理论,以虎门大桥辅航道桥的实测挠度数据为基础,建立桥梁长期变形预测系统,计算结果表明:只要对原始数据作合理的处理,预测系统计算得出的数据精度完全能够满足工程需求,这为桥梁长期变形控制提供了一种依据.     

PC连续梁应力水平与长期变形特性

预应力混凝土梁的长期变形与应力状态密切相关。研究表明,梁体应力水平越高,其跨中长期变形与现行规范计算值间的差异越大。针对影响预应力混凝土梁桥长期性能的各主要因素,包括混凝土的收缩、徐变及预应力损失等,进行试验研究,对现行规范关于预应力混凝土梁长期性能计算的方式进行验证,并采用徐变系数?(t,t_0)的修正系数λ对其加以适当的修正。通过对比分析,发现考虑修正系数后的理论计算数据与实测数据能较好地吻合,可以更准确地预测预应力混凝土梁桥的长期变形和长期应力,进而为大跨度预应力混凝土桥梁的设计、施工及运营期间的安全提供参考依据。     

大跨径混凝土桁式组合拱桥长期变形实测分析

混凝土桁式组合拱桥将悬臂桁架与拱桥相结合,发挥了二者的优势且施工方便,在我国大跨径拱桥中占有独特位置。同时,近年来该桥型桥面变形大并伴随开裂等问题开始出现,为研究大跨径混凝土桁式组合拱桥结构的长期变形机理及开裂原因,以一座主跨138m桁式组合拱桥为背景,对其长期变形和混凝土开裂情况进行实测和规律分析;采用有限元模型,分析收缩、徐变及温度作用引起的挠度变化,讨论了结构在不同荷载作用下的受力特征。实测及分析结果表明,桁式组合拱桥长期线形呈M形,且在年温差作用下双立柱间的桥面发生上拱和下挠的交替变化,混凝土的收缩徐变及年温差作用是影响跨中实腹段长期变形的主要因素;结构在双竖杆处的下弦杆位置、跨中位置以及空实腹段交界位置处承受的荷载作用较大,导致在使用阶段的裂缝不断发展。     

宿迁地区干线公路沥青路面结构永久变形预估分析

车辙是高等级沥青路面的主要病害类型,基于蠕变率控制标准车辙预估模型,针对宿迁地区干线公路主要路面结构形式,以及不同类型面层材料进行了设计期内永久变形分析,研究得出了基层、底基层对于路面结构长期永久变形效应的敏感性影响及相应规律,同时,从面层永久变形角度考虑,提出了干线公路重载交通路段路面结构下面层的厚度阀值建议。     

长期循环荷载作用下软粘土变形特性研究

在国内外有关长期循环荷载作用下粘土动力特性研究成果的基础上,探讨和分析了加载频率、加载类型、振幅与振次、排水条件等影响因素对软粘土变形的影响,并对长期循环荷载作用下软粘土累积变形的计算方法进行了归纳分析,最后对长期循环荷载作用下软粘土动力特性的进一步研究提出了建议。     

循环温度对大跨混凝土拱桥长期变形行为的影响

为探讨自然环境条件下高速铁路大跨度劲性骨架混凝土拱桥在运营阶段拱顶截面位移和应力的时变特征,以沪昆客运专线北盘江大桥(主跨445m的钢筋混凝土拱桥)为背景,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,结合成桥后的位移测试结果,分析了循环温度与收缩徐变耦合效应对其长期变形行为的影响。结果表明:年循环温度引起的拱顶截面竖向位移远大于1年内的收缩徐变变形,不同成桥季节对拱圈变形有一定影响,该循环温度效应不容忽视;当考虑温度与收缩徐变耦合效应时,拱顶截面钢管应力可达到屈服强度,外包混凝土应力有较大波动;建议进行混凝土拱桥长期变形效应分析时,应考虑温度和收缩徐变耦合效应。     

砂土路基湿化变形的有限元分析

针对砂土湿化变形计算中N obari法和单线法的不足,采用初应力增量有限元的分析方法,并编制相应的计算程序,对某高速公路路基砂土三轴试验得到的Duncan-Chuang模型参数进行计算分析。分析结果表明,该高速公路砂土路基在长期浸水和车辆荷载作用下,将发生一些附加沉降变形。虽然沉降变形不大,对柔性路面结构的影响较小,但仍然需要引起公路养护部门的重视。     

典型冻土路基变形调控措施应用效能分析

为了解决多年冻土区路基变形控制与稳定性问题,满足高海拔多年冻土区路基调控措施的选型需求,以青藏公路、国道214线共和至玉树公路、中科院北麓河高等级试验公路中已试验应用的一些典型路基调控措施为研究对象,采用实测数据分析、数值模拟等方法,将实体试验工程长时间序列监测数据反映的情形与数值模拟结果对照,并结合道路运营状态调查等技术手段对各类典型调控措施的长期作用效能进行验证,探讨其在高等级公路中的适应性。研究表明:隔热层工程措施、热棒工程措施、空心块护坡工程措施等基于温度调控的冻土路基变形调控措施,主要通过减少路基基底吸热、调控路基基底温度场的变化趋势与强度,实现对冻土路基变形进行调控,它们对路基自身结构安全与稳定性要求较高,长期作用效能没有达到设计预期,该类调控措施在路基变形调控应用中不宜单独使用,应注重与其他调控措施组合使用;块石路基、通风管路基、全断面通风路基等主要基于水、热同时调控的工程措施,它们通过减弱水的影响,对流换热增加基底冷储量,减少路基体水热影响作用明显,虽然也存在有些措施热效能不足、路基基底整体处于净吸热状态的问题,但其自身结构力学稳定性和水稳定性较好,综合使用效能经长期观察是积极的,路基变形能基本达到设计预期。     

软土路基侧向变形影响因素研究

在软土地区修筑公路,从路基沉降和施工中稳定控制两方面考虑,地基侧向变形的研究都是十分重要的。影响软土路基侧向变形的主要因素有:地基处理型式、土层结构、软土厚度和路堤高度。本文分析这4个影响因素变化时所对应的软土路基侧向变形特点,比较它们各自的地基侧向变形-时间-深度曲线形态、侧向变形大小、最大侧向变形发生位置以及地基中某点侧向变形收敛速率,并对这一系列现象进行理论分析,得出一些区域性结论。     

上海地铁4号线隧道长期纵向变形特征分析与安全评估

为解决上海地铁在长期运营中因不均匀沉降而导致的地铁运营安全问题,以上海地铁4号线隧道段监测数据为基础,从隧道变形曲线的曲率半径、相对变曲、绝对沉降3个方面对地铁隧道的变形进行评估,并对其长期变形特征进行探讨,分析地铁隧道变形与其下部土层变形之间的关系。主要结论如下： 1）随着时间的推移,地铁隧道变形由沉降转变为抬升,其开通后3年是沉降转变为抬升的分界点; 2）地铁隧道相对危险的区域（即隧道变形曲线曲率半径小于500 m和相对变曲大于1/250的区域）集中在车站附近,特别是车站和地铁隧道连接处; 3）地铁4号线隧道变形曲线曲率半径的变化主要在地铁运营1年内产生,相对变曲和绝对沉降安全区域的比例随时间逐渐减少; 4）地铁隧道抬升的原因除了隧道下部土层的膨胀,还可能是由于浮力作用。     

嘉绍大桥钢箱梁悬臂拼装截面变形分析

钢箱梁悬拼施工时在其梁段匹配端会产生变形差,若变形过大则影响梁段的顺利匹配。为了解钢箱梁悬臂拼装施工时梁段匹配端的相对变形及其影响因素,以在建的嘉绍大桥为工程背景,采用有限元分析软件,建模分析梁段拼接截面在吊机作用、温度梯度作用、横隔板刚度及整体刚度变化影响下的相对变形,计算结果表明:梁端拼接口相对竖向变形主要是由吊机作用梁段变形产生的;正温差比负温差对拼接口相对变形的影响大;提高钢箱梁横隔板的刚度对拼接口变形的减小作用不大。     

矿山露采边坡滑移-弯曲变形与机理研究

以江西某矿山露采边坡为研究对象,确定了该边坡的破坏模式为:顺断层面滑移-岩板弯曲-追踪千枚岩片理面,最终沿坡脚剪出破坏,或“溃曲”破坏。基于梁板理论的边坡稳定性分析表明:①滑移-弯曲变形可以发生于雁列式断层发育区的岩质边坡,其滑移面主要沿断层（带）面发育;②按照岩板弯曲导致的拉应力与抗拉强度大小以及边坡坡脚剪应力与千枚岩片理面长期抗剪强度大小,不同坡长（30,60,100 m）时,该边坡变形破坏可划分为4种形式,即:稳定、滑移-弯曲变形、滑移-弯曲破坏、弯曲-滑移破坏且沿坡脚千枚岩片理面剪切滑移破坏;③滑移面裂隙水压力对滑移-弯曲变形影响较大,稳定性分析时应予以考虑。