梁桁组合结构高铁斜拉桥的收缩徐变分析——以西十高铁汉江特大桥为例

梁桁组合结构高铁斜拉桥中,混凝土收缩徐变对桥面线性的平顺性及行车的舒适性有直接影响,是桥上能够铺设无砟轨道的关键因素。因此,为分析收缩徐变对梁桁组合结构受力和变形的影响,依托新建西安至十堰高铁汉江特大桥工程,采用CEB-FIP90徐变计算模型,通过建立有限元模型分析收缩徐变影响下主要构件的内力和变形,评价各主要受力构件刚度变化对徐变变形的贡献程度,研究改善收缩徐变变形措施。结果表明:(1)收缩徐变引起主梁跨中下挠、桥塔向跨中侧偏移,同时引起主梁和桥塔的压缩变形,5年完成的收缩徐变变形占前10年的70%以上,且主梁产生的收缩徐变贡献超过50%;(2)收缩徐变引起斜拉索索力松弛,运营30年的最大变化率在5%以内;(3)收缩徐变引起主梁应力及上下缘应力差变化,随着运营时间增加主梁跨中区域应力差增大明显,主要表现在下缘压应力储备降低;(4)随着桥塔刚度、主梁刚度、加劲钢桁刚度增大,收缩徐变引起的变形有所减小,而斜拉索刚度则产生相反的趋势。(5)延长铺轨时间、适当增加底板钢束面积、增加斜拉索索力以及在跨中加劲钢桁上弦灌注混凝土可有效降低主梁跨中徐变下挠。

混凝土收缩徐变试验及预测模型研究综述

本文从如何获得混凝土收缩徐变特性的准确描述出发,介绍了常用的收缩徐变预测模型及其适用范围,评述了国内外混凝土收缩徐变试验的研究进展,总结了不同收缩徐变预测模型对普通混凝土及新型混凝土的适用性。结果表明,不同规范的收缩徐变预测模型都具有其特定的适用范围,常用的预测模型会高估高强混凝土的徐变系数,关于新型混凝土收缩徐变计算模式体系还有待进一步完善。

基于精细模型的波形钢腹板斜拉桥收缩徐变效应分析

为了解决按龄期调整有效模量法计算混凝土徐变时存在卸载后徐变即恢复的缺陷,以及通用计算程序ANSYS等软件没有专用混凝土徐变分析模型的问题,提出了基于按龄期调整的修正模量法以确定蠕变系数的混凝土徐变计算方法,推导了混凝土徐变系数的求解公式,编制了计算程序;结合已有理论与试验数据验证了计算方法的有效性;计算了波形钢腹板箱梁无背索斜拉桥收缩徐变效应。结果表明:在收缩徐变效应影响下,结构内力重分配明显,多数结构响应在成桥1年内充分发展至10年增量值的60%以上;徐变作用下有索跨跨中底板、主梁根部截面底板、主塔有索侧根部位置应力逐步增加,应重点关注其受力安全问题。

高速铁路实腹拱桥收缩徐变效应对轨道不平顺影响研究

为研究高速铁路实腹拱桥收缩徐变效应对轨面变形和高低不平顺的影响,以某主跨52 m的实腹拱桥为研究对象,建立考虑施工阶段收缩徐变影响的桥梁-轨道系统一体化有限元模型,分析ZK活载、整体降温和桥梁收缩徐变等因素引起的轨面变形及高低10 m弦不平顺值分布规律,并基于10 m和30 m弦测值,拟合了不同降温条件下各铺轨龄期桥梁收缩徐变不平顺的发展规律函数,预测了轨面线形修整的周期。研究结果表明:实腹拱桥整体竖向刚度大,但对温度和收缩徐变效应较敏感;不同荷载工况下均在跨中产生最大轨面沉降变形,受梁端折角影响,梁端范围产生最大高低不平顺值,桥梁跨中范围轨面变形相对平缓;基于对数型函数拟合的不同降温工况收缩徐变轨面不平顺发展规律较为准确,由此确定的轨面线形修正周期为:整体降温20℃时为43.8 a,整体降温25℃时为16.5 a,整体降温30℃时为5.6 a。

收缩徐变对钢-混凝土组合梁界面行为影响的有限元分析

为研究混凝土收缩徐变对长期荷载作用下钢-混组合梁界面剪力和相对滑移的影响,提出一个简单实用的有限元分析方法。在假定荷载-滑移为线性以及钢梁与混凝土层之间无掀起的前提下,基于混凝土收缩徐变分析的初应变法,建立部分剪力连接钢-混凝土组合梁长期性能分析的有限元模型,其中界面行为通过建立混凝土板与钢梁之间对应节点的主从关系及特殊单元予以模拟。对比集中荷载作用下简支梁的计算结果与已有文献,验证所提方法的有效性。在此基础上研究收缩徐变对钢-混组合梁界面剪力和相对滑移的影响。结果表明,收缩徐变共同作用使得简支钢-混组合梁的界面滑移随着时间有较大程度地增加,但单独的收缩效应反而使界面滑移减小,尽管变化量可忽略不计;同时,由于界面剪力与滑移的正相关性,收缩徐变效应也使得端部界面剪力随时间增大,呈现出前期增长很快而后期增长缓慢的特点。

浅析混凝土的收缩徐变对协作体系斜拉桥加劲梁的影响

某大跨径斜拉桥主梁采用组合结构,即主梁由钢梁和混凝土桥面板通过连接件形成组合截面的结构形式,大桥采用双塔组合梁协作体系斜拉桥,具有钢梁底、腹板与混凝土形成双结合,斜拉索与连续梁形成协作体系,成为该类型斜拉桥的关键构造,属新结构、新体系。受混凝土收缩徐变的影响,往往会在钢梁底、腹板与混凝土形成的双结合面上产生相互作用力,引起内力重新分布,这会导致结构出现显著的额外变形。同时,斜拉桥因其高度超静定特性,使得混凝土在收缩徐变过程中会在不同构件内部引发次内力。本文依托某大桥研究混凝土的收缩徐变对大跨径组合钢板梁协作体系斜拉桥加劲梁的受力影响规律,对保证结构的受力安全有着重要的作用。

复杂高层建筑施工过程考虑混凝土收缩徐变的变形分析

为分析复杂异形高层建筑在施工阶段的收缩徐变问题,以山东省济南市某异形高层建筑为研究对象,运用数值模拟的方法建立三维分析模型,研究混凝土收缩徐变对建筑物竖向变形和水平向变形的影响。结果表明,考虑收缩徐变和不考虑收缩徐变的建筑竖向变形曲线均为指数曲线的变化规律,底部混凝土结构的竖向变形增速较大,高处混凝土结构的竖向变形增速较小;考虑收缩徐变的混凝土结构竖向变形大于不考虑收缩徐变的混凝土结构竖向变形,两者的竖向最大变形差随着施工高度的增加而线性增加;不同建筑施工高度时考虑收缩徐变的建筑水平向的变形均为非线性增加,后呈非线性减小的变化趋势,且水平向变形峰值大致出现在该施工高度的中部位置。

考虑施工过程收缩徐变对高层建筑结构影响的试验与理论研究

为了解决高层建筑结构在长期荷载作用下收缩徐变的不利因素,以山东省济南市某酒店式公寓为研究对象,运用数值分析的手段,考虑施工过程的影响,研究结构施工完成后、使用20年和使用50年的位移变化规律。结果表明,施工阶段由于收缩徐变引起的高层建筑结构变形在平面上分布不均,建筑平面两端尖角位置的位移发生量较大,最大位移达到-75mm;施工阶段结束后,随着楼层高度的增加,节点位移的变化趋势大致相同,呈现逐步增加,并在30层以后趋于稳定的变化趋势;结构使用20年和50年后,随着楼层高度的增加,节点位移的变化趋势大致相同,呈现近线性增加的趋势;节点位移差呈现分段式变化趋势;时间因素是影响高层建筑收缩徐变变形的重要因素之一,结构的最大位移均随着时间的增加而不断增加,结构使用时间越长,结构的收缩徐变越大,对结构的受力和变形越不利。

山区大跨高低墩连续刚构收缩徐变效应的有限元分析

为研究混凝土收缩徐变对高低墩大跨连续刚构结构受力的影响,以某国道公路主跨为220 m连续刚构为工程背景,基于有限元软件,对主桥收缩徐变效应进行了计算分析。结果表明:国内模型、CEB-FIP、ACI和欧洲模型4种收缩徐变模型中,国内模型下最大悬臂状态和运营期内主梁竖向变形均为最大。低墩墩高的增加对全桥主梁弯矩分布基本没有影响,仅影响对应边跨和1/2中跨主梁竖向变形,设计时应尽量选择墩高相接近的主墩以便于变形控制。

混凝土桥梁收缩徐变计算的有限元方法与应用

将桥梁规范附录四中给出的混凝土徐变系数表达式用指数函数进行拟合,从而得到了徐变计算的递推公式。利用混凝土收缩应变规律推导出由收缩应变增量产生的单元等效结点力增量,并以此为基础,绘出了用初应变法进行节段施工混凝土桥梁的收缩徐变计算的有限元列式,编制了有限元程序。最后,以三跨等截面混凝土连续梁和长沙湘江北大桥主跨210m的混凝土斜拉桥为例进行了收缩徐变分析,且利用12年实桥现场观测结果验证了其理论分析结果。

复杂状态下桥用高强混凝土收缩徐变性能试验

针对大量大跨度预应力混凝土桥梁长期变形难以准确预测的现状,分析了多种高强混凝土收缩徐变预测模型分别在实验室和实际桥梁工程条件下的适用性,指出了现有预测模型并没有考虑大跨度预应力桥梁桥用混凝土早期受循环荷载作用等特点。制作了7组不同应力比、不同荷载循环周期的试件,对混凝土的收缩徐变性能进行了测试与分析。研究结果表明,高强混凝土早期遭受的循环荷载作用将明显加大混凝土徐变,而且徐变值受到应力比、循环周期等影响。

双层桥面钢桁桥钢-混组合桥面板收缩徐变效应

为了研究钢-混组合桥面板收缩徐变效应对双层桥面钢桁桥的影响,以广东东江大桥——刚性悬索加劲钢桁梁桥为工程背景,采用有限元法,分析了不同加载龄期下混凝土收缩徐变对桥面板应力以及跨中挠度的影响,选择了合适的收缩徐变计算方法,考虑混凝土弹性模量的时变效应,并针对大桥受力特点,研究了180 d加载龄期下混凝土收缩徐变对其主桁及加劲弦应力的影响。分析结果表明:加载龄期越长,收缩徐变效应对钢桁桥的影响越小;收缩效应对桥面板应力影响较大,而徐变效应影响较小,总体不到收缩效应的30%;收缩徐变对主桁某些部位杆件应力影响较大,将使主桁跨中上弦杆应力增加22%,但对加劲弦应力及跨中挠度影响较小。总体而言,由于加劲弦及双层桥面的结构特点,收缩徐变效应对东江大桥力学性能的影响呈较强的空间性。

混凝土收缩徐变效应对曲线钢-混凝土箱形结合梁桥的影响

为了研究混凝土收缩徐变效应对曲线钢-混凝土结合箱形梁桥的影响,采用Sap2000商用软件,分析了一实桥结构,在三维建模时分别以壳单元、弹簧单元、梁单元和筋单元等模拟钢箱、钢箱与桥面板之间的剪力连接键、外横隔梁和预应力钢筋等,以多层混凝土壳单元模拟了桥面板,并对施工过程进行了仿真模拟。分析结果表明:混凝土收缩徐变大大增加了桥梁的挠度,不但使跨中正弯矩区混凝板的压应力不断增大,也使负弯矩区混凝土板的压应力不断增大,这一效应对防止负弯矩区混凝土板的开裂是有利的;混凝土桥面板中的普通钢筋对收缩和徐变效应有明显的影响,设计时应认真加以考虑;收缩徐变效应持续时间较长,计算时其作用时间宜取10年以上;另外,曲线梁桥收缩徐变效应也伴随着扭转效应。

结合梁斜拉桥混凝土收缩徐变影响规律

为研究混凝土收缩、徐变对结合梁斜拉桥的影响机理及时效特性,以樟树赣江二桥(主跨400m的双塔双索面半飘浮体系结合梁斜拉桥)为背景进行分析。采用桥梁专业软件RM2006建立全桥有限元模型,对桥梁的时效影响机理、运营期不同构件的时效影响因素及不同结构体系的时效响应进行研究。研究结果表明,对于结合梁斜拉桥,桥面板收缩、徐变产生的主梁截面初始轴向应变是主梁中跨跨中下挠、边跨斜拉索松弛的主要原因,产生的主梁截面初始弯曲应变是主梁负弯矩出现的主要原因。桥面板收缩、恒载下桥面板徐变是引起边跨斜拉索松弛、主梁中跨跨中下挠的主要因素;桥塔收缩、徐变将引起桥塔附近斜拉索松弛,并使主梁产生局部负弯矩峰值。桥塔处竖向支座及辅助墩的设置会对结合梁斜拉桥的时变效应产生一定的不利影响,单纯从该角度来讲,全飘浮体系较其他体系更为合理。

钢-混凝土组合梁收缩徐变效应的随机分析

钢-混凝土组合梁是由混凝土板和钢梁通过剪力键连接而成的组合结构。由于混凝土的收缩徐变,将引起结构内力和应力重分布。混凝土收缩徐变具有离散性大的特点,进而导致结构长期响应表现出随机性。本文综合考虑徐变模型、收缩模型、混凝土抗压强度、混凝土弹性模量、环境湿度、钢材弹性模量、荷载以及剪力键刚度的随机性对钢-混凝土组合梁结构响应的影响。利用拉丁超立方抽样技术和基于响应面方法的蒙特卡洛抽样,研究了钢-混凝土组合梁挠度和应力时变效应的概率问题。

大跨预应力混凝土箱梁桥收缩徐变效应测试与分析

预应力混凝土箱梁桥以其良好的结构整体受力性能在现代大跨桥梁结构中得到广泛应用,但迄今所修建的混凝土箱梁桥中,运营阶段箱梁开裂及下挠过大的现象较为普遍,实际混凝土箱梁桥中混凝土收缩徐变作用及其效应认识的不足是其可能产生的原因之一。现行有关混凝土收缩徐变的计算公式多以试验室模型试验结果为依据确定,由于实际混凝土箱梁结构的尺寸较大同时又处于复杂的自然环境中,因此对实际结构进行长期测试以获得能够验证现行规范混凝土收缩徐变计算公式的实测数据显得尤为重要。结合某高速公路上两座大跨预应力混凝土箱梁桥的修建及运营,对处于自然环境中的箱梁桥在混凝土收缩徐变作用下的真实反应进行测试,并详细地分析各测试数据,在此基础上提出同时考虑混凝土温度、环境相对湿度、箱梁局部理论厚度等因素及其变化的混凝土收缩应变和徐变系数计算方法,并将其应用于实际桥梁的收缩徐变效应分析中,得出一些具有实用价值的结论,为实际箱梁桥的收缩徐变计算提供参考。

组合连续梁桥收缩徐变与滑移效应的影响分析

钢混组合梁桥由于其自重轻,跨越能力大的特点,近年来被逐步应用到大跨径连续梁桥上,发挥了两种材料结合的优势,扩展了连续梁桥的跨越能力。由于两种材料的差异性,在组合后受收缩徐变效应的影响,会导致结构内力重分布、产生附加变形。采用柔性连接件的组合梁在其结合面上会产生滑移,进一步增加附加变形。对于大跨径组合梁桥,其收缩徐变效应和滑移效应不容忽视,但影响程度和规律仍然不明确。以港珠澳大桥大跨径组合梁连续梁桥为背景,分析大跨径连续梁在有滑移时和收缩徐变效应下的影响。结果表明,在混凝土板收缩徐变作用下,有滑移时会导致位移增量和应力增量变大;置梁时间越长,主梁挠度越小,第1个月的置梁对挠度影响最为明显;收缩徐变使混凝土板的压应力减小,在成桥后期,中支点附近的混凝土板将出现拉应力;收缩徐变使钢梁顶的压应力增加,钢梁底的拉应力减小。

高强混凝土指数型收缩徐变预测模型及工程应用

收缩徐变是导致大跨度预应力混凝土箱梁桥长期变形的重要因素,现有桥梁长期变形分析中通常采用CEB-FIP 90模型,计算结果会出现较大偏差。为减小预应力混凝土箱梁桥长期变形的计算误差,以某三跨预应力混凝土连续箱梁桥为背景,对该桥相同配比的高强混凝土进行了标准徐变试验,将实测数据拟合得到指数型收缩徐变模型,并根据该桥混凝土构件实际尺寸效应、湿度效应、钢筋配筋率和持荷年限对徐变系数进行修正。由此计算得到该桥的长期变形与实测数据吻合较好,验证了指数型收缩徐变模型比现有徐变模型具有更高的预测精度。

桥梁短期实测数据修正高强混凝土收缩徐变模型与长期挠度预测

为了解大跨径预应力连续箱梁桥高强混凝土的收缩徐变规律,预测其长期变形,在箱梁跨中埋置测量传感器,直接测量混凝土的收缩应变,通过增量运算理论分离出混凝土的徐变应变,对于具体桥梁的C55高强混凝土实测数据显示,现行规范的收缩徐变模型总体上会低估高强混凝土的收缩作用,而高估徐变作用。用短期实测数据修正后的混凝土收缩徐变模型预测桥梁恒载下的长期变形,由两种类型修正式的挠度估算值与实测值的比较可知,其预测精度受混凝土短期实测应变数据的完整性﹑测量精度及修正式与实测数据吻合程度的影响。

收缩徐变对悬索桥新型钢-混组合桥面系的影响

基于既有收缩徐变理论,提出了温度变化和Creep准则下收缩徐变的等效计算方法,通过两种大型通用有限元程序对同一结构,分别建立不同的验证分析模型,对提出的等效法的有效性及精度进行了验证,结果发现该方法实用可行,且具有较高的计算精度。结合提出的等效计算方法,借助ANSYS有限元计算程序建立了悬索桥新型钢-混组合桥面系的精细化节段模型,对组合结构的收缩徐变进行了相关研究。研究结果表明:该类新型钢-混组合桥面系混凝土的收缩效应占主导地位,徐变效应并不十分明显,但与混凝土的加载龄期密切相关;收缩徐变对桥面板及钢纵梁应力状态的影响较大,而对钢桁梁的影响并不明显。