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。

水泥基材料的拉伸徐变行为综述

为了理清水泥基材料拉伸徐变的影响因素和复杂机理,从拉伸徐变测试方法、内部组分影响、外部加载条件、拉伸徐变机理等方面对拉伸徐变行为进行综述.总结了拉伸徐变测试的困难性和新测试方法的优缺点;分析了内部组分的种类和掺量对拉伸徐变的影响,包括对水化和强度起主要作用的基体组分,以及影响细观界面滑移的骨料和纤维;基于温度-湿度-水化-滑移耦合作用的研究思路,分析了不同温湿度、加载龄期和应力水平下的拉伸徐变变化规律及影响机制;将拉伸徐变相关徐变机理进行梳理,提出了多场耦合-多尺度滑移的徐变机理分析模型.

桥梁结构中E-GFRP单向板徐变性能与双尺度均匀化数值评估

由于玻璃纤维增强复合材料(GFRP)组分材料中的树脂属于高分子材料,桥梁工程界对GFRP结构的徐变性能十分担忧,阻碍了其推广应用。该文聚焦于桥梁工程E型玻璃纤维增强复合材料(E-GFRP)单向板,基于双尺度均匀化数值模拟方法,从纤维和树脂的徐变性能评估了E-GFRP单向板的徐变性能,并与试验结果进行比较验证了预测结果的准确性。在此基础上,分析了应力水平、纤维体积率及持荷形式对E-GFRP单层板徐变性能的影响,结果表明,应力水平越高、纤维体积率越小,单层板的徐变粘滞应变越大。在此基础上,提出了不同纤维体积率下E-GFRP单层板粘滞应变模型,准确表述了应力水平、持荷时间和徐变应变之间的关系。最后,提出了E-GFRP单层板徐变断裂时间预测公式,可为E-GFRP结构的长期性能预测提供参考。

收缩徐变对高速铁路斜拉桥单箱单室混合梁位移的影响及调控

以某主跨300 m的高速铁路无砟轨道混合梁斜拉桥为背景,运用Midas/Civil有限元软件建立其数值模型,进行桥塔、桥面板、箱梁等混凝土构件收缩徐变对主梁位移影响研究,并提出主梁位移调控措施。结果表明:成桥10年后,混凝土收缩徐变引起的跨中主梁向下位移共计79 mm,桥塔、桥面板、箱梁收缩徐变的影响占比在施工阶段分别为58%,32%和10%,在运营阶段分别为48%,38%和14%;跨中主梁向下位移的主要原因是桥塔和桥面板变形,混凝土收缩徐变缩小了桥塔竖向及桥面板纵桥向尺寸,改变了斜拉索锚点位置及索力,导致主梁在施工阶段和运营阶段分别产生56和18 mm的向下位移;预抬高斜拉索的桥塔锚点位置10 mm,可消除混凝土收缩徐变引起的钢梁架设初始误差;混凝土桥面板预制后存放6个月、桥塔采用低徐变混凝土、成桥后延迟90 d铺轨等措施,能改善混凝土收缩徐变对单箱单室混合梁位移的不利影响,可减小跨中主梁向下位移3%~38%。

石粉含量对C60机制砂混凝土徐变的影响

研究了不同石粉含量对C60机制砂混凝土徐变的影响,并对现有徐变预测模型进行了对比分析。结果表明:当机制砂石粉含量不超过15%时,各组试件的抗压强度均可满足C60强度等级的要求,各组试件120 d的徐变应变约为(180~230)×10-6,徐变系数在0.41~0.56之间;随着石粉含量的增加,各组试件的徐变应变呈现先减小后增大的趋势,徐变系数呈先增大后减小的趋势;石粉含量对C60机制砂混凝土徐变的影响不显著;现有徐变模型对徐变系数的计算结果均大于实测结果;相比较之下,fib MC 2010模型更适用于高强机制砂混凝土的徐变预测。

预应力UHPC-NC组合梁结合面徐变剪应力分析

在恒载应力作用下,预应力UHPC-NC组合梁因两种材料不同的徐变特性及加载龄期的差异导致结合面产生徐变剪应力,分别采用解析法和有限元法对结合面徐变剪应力进行分析。在解析法中,用三角级数表示UHPC-NC结合面的应力分布,基于结合面上的变形协调,利用最小余能原理推导出结合面徐变剪应力计算公式。在有限元法中,将组合梁UHPC层与NC层均划分成四边形平面应力单元,对结合面则采用等效杆单元模拟。以T形截面预应力UHPC-NC组合梁为例进行计算方法的验证,两种方法的计算结果吻合良好,且研究发现徐变剪应力最大值位于梁端;在此基础上对影响结合面徐变剪应力分布的UHPC层压应力、梁高、计算龄期、环境年平均相对湿度等参数进行分析,结果表明:结合面徐变剪应力最大值随着UHPC层压应力、计算龄期、环境年平均相对湿度的增大而增大,但基本不随梁高变化;结合面徐变剪应力最大值的位置随着梁高的增大而逐步向跨中靠近,其他因素不影响应力最大值的位置。研究结果可为UHPC-NC组合梁结合面的抗剪设计提供参考。

基于紧密堆积理论的混凝土弹性模量与徐变控制

为降低连续刚构桥跨中下挠幅度,针对弹性模量与徐变2种影响因素,提出一种基于骨料紧密堆积理论的配合比优化控制方法,并对比原配合比研究了优化控制方法对不同龄期与环境下的弹性模量与徐变的影响;结合SEM(scanning electron microscope)与MIP(mercury intrusion porosimetry)试验,从混凝土微观层面分析优化机理,以CEB-FIP(1990)模型为基础,提出考虑弹性模量成熟度的修正模型.结果表明:优化控制方法对早龄期混凝土弹性模量具有明显的控制效果,但界面过渡区面积的增加限制了后期弹性模量的发展;相同条件下,优化后混凝土徐变系数较原配合比降低了12%~23%;环境对混凝土徐变影响与优化控制方法相比占主导作用,不同环境下混凝土徐变变化幅度在45%~60%;混凝土徐变随加载龄期延长而减小,且优化后混凝土在较小加载龄期时,徐变仍比较大加载龄期的原配合比混凝土徐变降低3%~13%;优化后混凝土早龄期内部孔隙与微裂缝数量减少,改善了混凝土内部结构;修正后的CEB-FIP(1990)模型对徐变预测精度更高.

粗集料对超高强混凝土徐变的影响

徐变是混凝土固有的时变特性,对混凝土结构和构件的受力及长期服役性能有着重大影响。以粗集料为切入点,研究粗集料的掺量、粗集料最大粒径以及粗集料与基体性质协调性等因素对超高强混凝土的力学性能和徐变性能的影响。结果表明:掺粗集料的超高强混凝土徐变明显小于不掺粗集料的混凝土,掺粗集料可有效降低超高强混凝土的徐变,但减小粗集料的最大粒径对徐变无明显抑制效果。此外,超高强混凝土并非强度越高徐变越小,其徐变的大小主要受超高强混凝土强度与弹性模量的协同发展程度的影响。通过修正FIB MC2010模型,建立了适用于超高强混凝土的徐变预测模型。

初始加载龄期对陶粒混凝土梁徐变性能的影响

徐变性能对混凝土结构的承载性能有较大影响,初始加载龄期(养护龄期)对徐变有较大影响,基于4种不同初始加载龄期的陶粒混凝土梁,进行了为期200 d的徐变试验,研究初始加载龄期对陶粒混凝土梁徐变性能的影响规律试验研究,并建立基于ACI-209徐变计算模型和ACI-435长期挠度计算方法建立陶粒混凝土结构的徐变值计算式。结果显示:随着初始加载龄期的增加,陶粒混凝土梁的初始挠度、徐变挠度速度和最终挠度值均呈现减小的趋势,减小的幅度也随着加载龄期的延长而逐渐减弱;徐变值计算式的计算值与试验观测值较接近,所建立的计算式具有较好的准确性和适用性;综合考虑工期和经济指标,建议将90 d作为预制陶粒混凝土梁的加载龄期。研究结论可为陶粒混凝土结构徐变计算提供参考。

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。

多组分混凝土徐变主动控制试验研究

文章针对超高层建筑施工中存在的形变问题,开展了多组分混凝土徐变主动控制试验研究,研究了水泥净浆-砂浆-混凝土徐变相关性、不同弹性模量的工程纤维对混凝土徐变性能的影响等。通过试验研究,得出可通过改变胶凝材料品种实现徐变主动控制的方法。文章研究结果为工程施工提供了重要参考,为超高层混凝土徐变主动控制技术的研究提供了有益建议,试验研究思路可为类似工程提供参考。

混凝土徐变柔度函数的高效逼近方法

混凝土徐变是引起安全壳预应力损失的主要因素之一,采用指数算法求解混凝土徐变效应时需要将混凝土徐变柔度函数采用Dirichlet级数表达,如何获得精确表征柔度函数的Dirichlet级数是实现指数算法的关键。基于连续延迟谱法,本文提出一种求解拉普拉斯逆变换的Weeks方法来逼近Dirichlet级数。对工程中常用的CEB MC90徐变模型,构建了基于Weeks方法的Dirichlet级数逼近算法,并给出了提高方法效率的相关参数取值范围。结果表明,提出的方法仅需对原混凝土徐变柔度函数求1阶导数,即可返回时域函数的显示表达式,避免了高阶求导存在计算复杂和计算效率低的问题。将本文方法计算结果与原柔度函数解析解进行对比,验证了方法的有效性。

混凝土徐变B4模型有限元实现及应用

混凝土作为当下应用最为广泛的建筑材料,其自身徐变的特性对结构的耐久性及安全性均有较大的影响,对混凝土徐变预测已经成为复杂结构设计过程中必不可少一个环节。因此为进一步优化数值分析中对混凝土徐变的模拟效果,优化有限元软件中针对混凝土徐变计算过程,本文基于微预应力-固结理论,将预测效果优秀、理论分析合理的B4模型结合粘弹性本构,通过在ABAQUS软件中进行二次开发,编写相应子程序实现其在数值分析中的应用。并通过相应算例证明所构建的子程序可以准确地对混凝土徐变的发展过程进行模拟,能为进一步研究混凝土徐变发展及实际工程应用提供一定参考价值。

考虑混凝土徐变效应的城市轨道交通标准简支梁桥铺轨时机研究

为保证城市轨道交通轨道平顺性和后期行车安全,文章运用Midas软件建立简支梁桥-无砟轨道/二期恒载加载周期徐变模型,结合对简支梁张拉后不同铺轨时间监测的简支梁徐变情况,对简支梁铺轨后徐变上拱值进行研究。结果表明:预应力张拉15天后进行轨道铺设与预应力张拉60天后进行轨道铺设相比,跨中徐变上拱值在铺轨后差6mm,在180天时(初期运营)差3.2mm,在1年及10年时徐变上拱值分别相差2.9mm、3.0mm,且15天铺轨后期徐变上拱值小于5mm,满足相关规范要求。相关研究可为其他类似工程中标准简支梁最佳铺轨时机和施工流程的确定提供参考和借鉴。

桥面板徐变对大跨径钢混组合梁桥力学性能的影响

为探讨混凝土桥面板收缩徐变效应对大跨径钢混组合梁桥的影响,以沁河特大桥的钢混组合梁桥为工程背景,采用Midas Civil软件建立了有限元模型,研究了桥面板徐变效应下钢混组合梁桥成桥10年的应力和挠度变化,并分别探讨了时间历程、预制板龄期和相对湿度等因素对钢混组合梁桥徐变效应的影响。结果表明:混凝土桥面板徐变效应使得钢梁上缘压应力增大、下缘拉应力减小;徐变应力在次边跨最大、中跨较小、边跨最小;徐变挠度在边跨最大、中跨较小、次边跨最小;混凝土桥面板徐变效应对钢混组合梁桥的影响随时间增加而减弱,对挠度影响最大是在成桥第1年,对应力影响最大是在成桥前3年;预制板龄期和相对湿度的增加可降低徐变效应对组合梁的影响,成桥10年时龄期为28 d的中跨徐变挠度是龄期180 d的中跨徐变挠度的1.33倍,相对湿度为62%的中跨徐变挠度是相对湿度为79%的中跨徐变挠度的1.21倍。

高速铁路无砟轨道桥梁后期徐变敏感性对成桥预拱度的影响研究

为研究混凝土徐变对桥梁结构成桥预拱度的影响,以国内高速铁路无砟轨道桥梁同类型结构跨度最大、桥墩最高的陕西省铜川市王家河特大桥为工程背景,采用Midas civil软件建立全桥有限元模型,使用正交设计法研究预应力、混凝土自重等参数对徐变变形和应力的敏感性程度,然后使用未知荷载系数法优化成桥吊杆力,并研究优化方案对后期徐变的影响规律,最后将考虑结构后期徐变的成桥预拱度与规范计算值进行对比分析。分析结果表明:当多参数共同作用时,预应力和混凝土自重对徐变变形影响显著;延长存梁时间和加载龄期使后期徐变变形小且慢,更有利于控制轨道平顺性;吊杆力优化能明显减小主梁和主拱的弯矩及变形,后期徐变也明显减小;考虑徐变作用时预拱度幅值明显减小,且使桥梁结构的线形更平顺。

简支预应力混凝土箱梁的收缩徐变效应研究

采用有限元方法对60m简支预应力混凝土箱梁的收缩应变、徐变应变与混凝土龄期之间的关系,收缩徐变效应对简支箱梁的竖向变形的影响,以及收缩徐变效应引起的预应力损失对简支箱梁的竖向变形的影响进行了研究。研究结果表明,在浇筑结束至龄期100d范围内,收缩徐变应变随龄期增长呈现出线性快速增长态势;龄期超过100d后,应变增大速度逐渐减缓;在混凝土浇筑结束至龄期25d时间范围内,徐变变形随龄期增长呈线性快速增长趋势;随混凝土龄期进一步增长,徐变变形增速减缓;在混凝土浇筑结束至龄期140d范围内,收缩徐变效应导致的预应力损失引起主梁最大下挠2.3mm,龄期达1000d时的主梁下挠最大值为4.0mm。

桥梁预应力混凝土徐变系数曲线拟合方法研究

有限元分析中徐变效应精确分析的关键在于徐变系数的指数形式能否准确还原徐变系数曲线。为研究一种高精度的任意徐变系数曲线的拟合方法以实现有限元徐变分析精确求解,本文剖析了该问题的本质,并提出一种优化算法,即利用模拟退火法寻找全局最优解的能力搜寻初解,再通过Levenberg-Marquardt法精确求解,并以2个算例对该方法进行验证。研究结果表明:(1)本文提出的徐变系数曲线拟合方法能对徐变系数曲线进行精确拟合;(2)算例结果显示本文提供的算法在拟合公路规范和铁路规范的徐变系数曲线时,相关系数R均在0.9999以上,拟合精度高,通用性强;(3)本文提供的算法架构简单、层次清晰,可借助常用编程语言方便地进行编译,对有限元程序徐变分析模块的开发或混凝土徐变规律的相关科学研究具有借鉴意义。

基于长波平顺性的400 km·h^(-1)高速铁路连续梁桥徐变变形控制

基于实测轨道平顺性数据,采用车辆-轨道耦合动力仿真方法,综合考虑温度变化、列车荷载、徐变和沉降等因素的影响,进行400 km·h^(-1)高速铁路连续梁桥徐变变形控制研究。结果表明:400 km·h^(-1)高速列车车体垂向敏感波长为163 m,横向敏感波长为227 m;为保证轨道高低不平顺与车体垂向加速度的适应性,采用60 m中点弦测值控制轨道长波平顺性;车体垂向加速度与轨道高低不平顺之间呈线性相关;徐变与沉降为控制连续梁桥轨道长波平顺性的主要因素,支座位置处长波平顺性较差;400 km·h^(-1)连续梁桥桥上线路允许桥梁自身总变形引起的车体垂向加速度阈值为0.822 m·s^(-2),400 km·h^(-1)主跨不大于百米连续梁桥徐变变形阈值宜设为9.5 mm。

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。