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原文传递简支后张预应力混凝土桥梁长期变形的精细化计算

论文题名：	简支后张预应力混凝土桥梁长期变形的精细化计算
关键词：	预应力混凝土桥梁;混凝土收缩;混凝土徐变;双向预应力;精细化计算方法
摘要：	预应力混凝土梁桥作为桥梁工程最为普遍的结构形式，在为我国交通和经济发展做出重要贡献的同时，也出现了各种形式和不同程度的病害，混凝土开裂和过度下挠是其中最为常见的病害之一，特别是大跨度预应力混凝土桥梁。引起预应力桥梁长期变形超过预期的原因很多，在工程层面包括设计不合理、施工和运营维护不当，在科学层面包括对混凝土收缩、徐变的认识不足及设计规范的不完善（采用了较多的简化和经验计算方法）。为将桥梁的长期变形控制在预期的范围内，除在工程层面做到精心设计、精心施工和强化管理外，在科学层面，还需加强桥梁基础理论的研究，为桥梁设计提供准确的设计计算方法。考虑到目前计算机硬件已经为计算技术的发展提供了良好的支持，基于混凝土的徐变理论并考虑混凝土收缩和预应力筋松弛的影响，本文开展了简支后张预应力混凝土桥梁长期变形精细化计算方法的研究，目的是为桥梁设计规范的完善和修订提供参考，同时为大跨度预应力混凝土桥梁长期变形精细化计算方法的研究提供基础。本文的主要研究内容和结论如下: 　　(1)研究了简支后张预应力混凝土桥梁长期变形的精细化计算方法。将后张预应力混凝土桥梁从预应力构件制作、桥梁施工、竣工、投入使用直至设计使用年限整个过程分为5个阶段，考虑各阶段桥梁的受力特点和混凝土的收缩、徐变和预应力筋的应力松弛，基于混凝土徐变叠加原理，提出了各阶段变形的精细化计算公式。本文提出的预应力混凝土构件长期变形的计算方法是以混凝土徐变理论为基础的，不同于现行桥梁设计规范采用的短期变形乘以经验长期增大系数的方法。　　(2)研究了混凝土收缩引起的钢筋混凝土构件中混凝土应力和构件长期挠曲变形的精细化计算方法。针对后张预应力混凝土构件施加预应力前的阶段，基于混凝土徐变叠加原理，通过构件截面分析建立了混凝土应变积分方程，采用中值积分定理将积分方程转化为代数方程，给出了用于计算混凝土收缩引起的变形的徐变中值系数公式，并在此基础上提出了计算混凝土收缩产生的构件长期变形的中值积分法。研究表明，在本文考虑的时间范围内，采用所提出的徐变中值系数公式计算的混凝土收缩引起的构件变形与数值分析结果吻合程度较好。　　(3)研究了后张预应力混凝土构件施加预应力阶段和预应力筋传力锚固后的变形及预应力时变损失的精细化计算方法。考虑混凝土收缩及预应力筋松弛与混凝土徐变的相互影响，基于混凝土徐变叠加原理，建立了预应力混凝土构件混凝土应变积分方程，提出了构件混凝土应变、变形和预应力时变损失的中值积分法，通过数值分析给出徐变中值系数的计算公式;考虑混凝土的泊松效应，提出双向预应力混凝土构件的预应力时变损失计算公式。分析表明，在本文考虑的时间范围内，提出的构件变形和预应力时变损失公式的计算结果与数值分析结果符合很好;提出的双向预应力时变损失公式可用于箱型截面桥梁顶板、底板和侧板预应力时变损失的计算。　　(4)研究了后张预应力混凝土桥梁从施加一期荷载、竣工到使用直至设计使用年限变形的精细化计算方法。在考虑前期各阶段混凝土收缩、徐变和预应力筋松弛对桥梁长期变形影响的基础上，考虑施加一期荷载、施加二期荷载及开放交通后按准永久荷载考虑的车辆荷载下桥梁混凝土的徐变，提出桥梁从施加一期荷载、竣工到使用直至设计使用年限阶段变形的精细化计算公式，给出了一个简支后张预应力混凝土桥梁长期变形计算的实例。分析表明，采用本文提出的中值积分法计算的构件混凝土应变和变形与采用数值递推方法计算的结果非常接近。　　(5)开展了后张预应力混凝土梁长期加载试验并将本文精细化计算方法的计算结果与试验结果进行了比较。对6根预应力度不同的后张预应力混凝土T型梁进行了长期加载模拟试验，基于欧洲模式规范fibMC2010和美国混凝土协会报告ACI209的徐变模型，采用本文提出的预应力混凝土构件混凝土应变和变形精细化计算方法进行了计算;参照欧洲规范《混凝土结构设计—第2部分:混凝土桥梁》(EN1992-2:2005)的附录A，探讨了利用桥梁拟建场地的混凝土徐变试验数据，对用于拟建场地桥梁设计的规范徐变模型参数进行修正的方法。结果表明，基于规范fibMC2010和报告ACI209徐变模型采用本文提出的变形精细化计算方法计算的曲线与试验曲线大致是平行的，但数值有一定差别;基于规范fibMC2010徐变模型计算的结果低于实测结果，基于ACI209报告徐变模型计算的结果高于实测结果，说明总体来看本文提出的后张预应力混凝土构件变形精细化计算方法是可行的，混凝土徐变模型对计算结果有较大影响。采用修正的徐变模型计算的构件跨中挠度与实测值符合较好。
作者：	杨明芳
专业：	结构工程
导师：	贡金鑫
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连理工大学
学位年度：	2021