混凝土徐变模式对连续梁桥预拱度计算的影响

CHINAMUNICIPALENGINEERING

No.1(SerialNo.151)

Feb.2011

DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2011.01.028

混凝土徐变模式对连续梁桥预拱度计算的影响

杨燎原

(广州市市政工程设计研究院,广东广州510060)

摘要:混凝土徐变是混凝土连续梁桥预拱度计算的一项主要内容。从徐变模式出发,综合比较了国内1985年与2004年《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》新旧桥规徐变模式的差异。以某高速公路上的1座大跨度连续梁桥为项目背景,建立有限元模型,对不同徐变模式下的预拱度计算结果进行对比,得到:1985年桥规徐变计算结果较2004年桥规大;预拱度的设置,宜遵循“宁高勿低”的原则。关键词:混凝土徐变;连续梁桥;预拱度;徐变模式

中图分类号:U448.215　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:1004-4655(2011)01-0078-02

　　混凝土徐变是混凝土作为黏弹性材料的一种固有的时变特性。在大跨度梁桥施工中,正确地估计和预测收缩、徐变对大跨度梁桥结构的挠度和长期变形的影响,对指导工程设计、监控及施工进程具有重要的现实意义。只有预拱度设置合理,才能使桥梁上部结构施工中反复发生向上或向下形式的挠度和结构运营一定时间后达到设计所期望的标高线形。桥梁的预拱度大小不仅与力学计算模式选取有关,更重要的是,与许多影响挠度的因素有关。在这些因素中,还有许多模糊不定及随机变化因素的情况,其中,混凝土的收缩与徐变引起的挠度变化是较难确定的。1　混凝土徐变

混凝土徐变是一个复杂且难以精确计算的非线性问题。影响徐变的因素连同它们产生的结果

[1]

本身都是随机变量,变异系数达20%以上。由于徐变计算的复杂性,所以到目前为止还没有一种理论可以完整准确地解释或预测混凝土收缩徐变特性。

国际上广泛采用的收缩徐变模型主要有:CEB-FIP、ACI209、BP-KX、B3模型以及老化模型、混合模型等。这些模型均为经验公式或半理论半经验公式。不同模型的建立机理不完全相同,参数的选用也各有特点。我国JTJ023—1985《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(下文简称85桥规)和JTGD62—2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设

收稿日期:2010-11-09

[2]

计规范》(下文简称04桥规)分别采用了CEB-FIP

(1978)和CEB-FIP(1990)徐变模型形式,由此而引发了新旧桥规在计算混凝土收缩徐变的差异。2　新旧桥规徐变模型的分析比较

85桥规中所采用CEB-FIP(1978)徐变计算模型,徐变系数的计算采用滞后弹性变形和塑性变形相加的表达式,表示的是徐变系数随计算龄期增长而增长的规律。同时,计算表达式还是一个与环境湿度、理论厚度、加载龄期和混凝土加载强度与最终强度之比等4者有关的函数。

04桥规所采用的CEB-FIP(1990)徐变计算模型与CEB-FIP(1978)模型相比,存在较大的差异,不再把徐变明确地分为滞后弹性变形和塑性变形。其徐变系数的预测采用了由名义徐变系数与徐变随时间发展的函数系数的乘积来表示。该模型摒弃了CEB-FIP(1978)中对徐变的细分,摒弃了将构件尺寸效应与环境湿度影响作为一个统一变量(即理论厚度)考虑,增加考虑了徐变系数随混凝土强度提高而降低的规律,通过修正加载龄期来考虑水泥品种及温度的影响。其计算表达式是一个与环境年平均相对湿度、理论厚度、加载龄期和混凝土抗压强度等4者有关的函数。它表示出了徐变系数计算与85桥规有所不同的量化规律。图1为环境湿度为70%,构件理论厚度为100cm,加载龄期为7d,混凝土为C60下的新旧桥规徐变系数随时间发展的曲线图。由图1可见在同等材料参数下,85桥规的徐变系数要大于04桥规的徐变系数。

78杨燎原:混凝土徐变模式对连续梁桥预拱度计算的影响2011年第1期

的大。预拱度的计算在结构总变形的基础上考虑活载的影响,最终预拱度结果参见图4。

图1　新旧桥规在同等材料参数下徐变系数发展曲线图

3　工程背景概况、模型建立及计算结果

3.1　工程背景概况

本文以某高速公路上大跨度预应力混凝土连续梁桥为工程背景,桥梁总长376m,结构布置形式为(68+2×120+68)m。该桥箱梁采用C55的混凝土,截面为单箱双室,三向预应力混凝土结构,墩顶和跨中设有横隔板。半幅桥宽19.85m,箱梁底面宽12.85m,在各墩与箱梁相接的根部断面梁高为6.75m,现浇段和合龙段梁高均为2.8m,箱梁梁高按1.8次抛物线变化。现场悬臂浇注施工,按照先边跨、后中跨的顺序合龙。3.2　计算模型的建立

本文采用通用有限元软件MIDAS/civil2006进行计算分析。采用单元为空间梁单元,计算模型依照施工图设计对梁段及主墩柱单元进行合理的划分。模型共有节点数目为213,梁单元数目为208,并按照实际的桥梁结构状态对桥梁节点进行合理约束。桥梁有限元模型见图2。

图4　不同徐变模式下主梁预拱度设置曲线图图3　不同徐变模式下主梁最终变形曲线图

4　结语

本文着重分析比较了我国85桥规和04桥规在混凝土徐变计算中的区别,并通过实桥预拱度的计算进行分析,得出了以下结论。

1)徐变是预应力混凝土连续梁桥计算预拱度中一

图2　桥梁空间有限元模型立体图

项重要的影响因素。不同的徐变模式下得到的结果不同,85桥规的徐变计算结果较04桥规的大。由于算例中的桥梁跨径不是很大,因此可得到当桥梁主跨跨度<120m时,新旧桥规徐变模式的差异对预拱度的影响并不显著。

2)对于预拱度的设置,宜遵循“宁高勿低”的原则。在实际工程中,尤其特大跨径的连续梁桥,应选择合适的收缩徐变预测模型计算并加以比较分析,以保证计算的预拱度正确合理,从而保障施工的顺利进行。

3.3　预拱度的计算结果

预拱度的设置是为了消除桥梁在悬臂施工时引起的静定结构的短期弹性挠度和长期徐变挠度,保证在同一跨内合龙时,两悬臂端的标高相差不大;且在成桥后及运营阶段能够符合设计要求,满足合理的设计线形

[3]

。因此,计算悬臂梁施工时结构的总挠度应

包括短期弹性挠度和已经发生的徐变挠度变形。

在前述建立的有限元模型的基础上,分别按照85桥规和04桥规所确立的徐变模式进行加载,收缩徐变按10a计,可得到不同徐变模式下的结构总变形曲线(见图3)。由图3可看出,85桥规得到的挠度变形极值略大于04桥规的计算结果,说明不同徐变模式下计算出来的挠度值不相同,且85桥规徐变值较04桥规

参考文献:

[1]王法武,石雪飞.大跨径预应力混凝土梁桥长期挠度控制研究[J].公路,2006(8):72-76.

[2]丁文胜,吕志涛,孟少平,等.混凝土收缩徐变预测模型的分析比

较[J].桥梁建设,2004(6):13-16.[3]雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计[M].北京:人民交通出版社,2000.

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ABSTRACTS

byusingresponsespectrumtheory,theaseismicperformanceofthebridgestructureisdiscussed.The

resultsshowthat1)initialstressdoesn'tinfluenceitsmechanicalperformancelargely;2)thebridgestructurecanresist9.0-earthquakeintensitywell.　　Keywords:leaning-typearchbridge;

aseismic;finiteelement;dynamiccharacteristic

OnSimplifiedDesignMethodtoLongCantileverContinuousWideBox

GirderBridgeDeckSlab

ZHUBo

(ShanghaiUrbanConstructionDesign＆　ResearchInstitute,Shanghai200125,China)

　　Abstract:CombinedwithJiaminViaductprojectinShanghai,asetofsimplifieddesignmethodsaresummarizedonlongcantilevercontinuouswideboxgirderbridgedeckslabinthispaper.Theverticalrestraintofabutment(locatedinthecentrelineofeverywebunderboundaryconditionsofregularbridgedeckslabdesignmethod)isoptimizedfrominflexibletoelastic;therefore,itcansimulatethehorizontalforceeffectofthelongcantilevercontinuouswideboxgirderunderloadwithmeetingtherequirementofthedesign.Themethod,moreover,cansimplifythecalculationprocessandimprovethedesignefficiencygreatly.　　Keywords:longcantilevercontinuous

wideboxgirder;

bridgedeckslabdesign;simplifieddesign;elasticrestraint

TestingResearchonWarm-mixingRubberAsphaltConcretePavementTechnologyYANGZhi-fang,SUNWen-zhou,

23

JUYing-ming,MINWei-chun(1.ShanghaiRoadEngineeringKeyLaboratory,ShanghaiMunicipalPlanningDesignResearchInstitute,Shanghai200031,China;2.PudongNewAreaHighwayAdministration,

1

1

Shanghai200336,China;

3.ShanghaiNanxinHighwayConstruction

Co.,Ltd.,Shanghai201300,China)　　Abstract:Basedonsurfactivitywarm-mixingasphaltpavementtechnology,warm-mixingrubber

asphaltconcretepavementtechnologyisstudiedandusedinShanghaiforthefirsttime,thetestshowsthat1)thepropertiesofwarm-mixingrubberasphaltmixturearesimilartohot-mixrubberasphaltmixture;2)theusageofwarm-mixingrubberasphaltpavementtechnologyreducesenergyconsumption,pollutionemissioninconstruction,withgoodcompactioncharacteristicsandperformance.　　Keywords:surfactivity;

warm-mixing;asphaltpavement;

rubberasphalt

AResearchoftheInfluenceofConcreteCreepModeonthePre-camberCalculationofContinuousBeamBridge

YANGLiao-yuan

(GuangzhouMunicipalEngineeringDesign＆　

ResearchInstitute,Guangzhou510060,China)　　Abstract:Concretecreepisamainpartofpre-cambercalculationofconcretecontinuousbeambridge.Basedoncreepmode,thedifferencesofCodeforDesignsofHighwayReinforcedConcrete＆　PrestressedConcreteBridges＆　Culvertsin1985andin2004arecomparedcomprehensively.Takingalargespancontinuousbeambridgeonanexpresswayandbuildingarelatedfiniteelementmodel,thepre-cambercalculationresultsunderdifferentcreepmodesaremadeacontrast,then,theconclusionsshowthat1)thecreepcalculationresultsbythecodein1985aremorethantheresultsin2004;2)thesettingupofpre-cambershouldobtaintheprincipleof“bettertobehighthantobelow”.　　Keywords:concretecreep;

continuousbeambridge;pre-camber;

creepmode

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