详情

原文传递高性能混凝土收缩徐变对大跨径连续刚构桥的影响研究

论文题名：	高性能混凝土收缩徐变对大跨径连续刚构桥的影响研究
关键词：	大跨径连续刚构桥;高性能混凝土;收缩徐变;响应面法
摘要：	预应力混凝土连续刚构桥具有结构刚度大、受力性能好和行车舒适等一系列优点，使其在桥梁建设中得以广泛应用。随着大跨径预应力混凝土连续刚构桥的大量修建，近年来主梁跨中长期下挠过大等病害日益突出，引起了工程界和学术界的普遍关注。混凝土的收缩徐变具有时变特性，所以被怀疑是引起大跨径连续刚构桥长期变形的主要原因之一。本文以江苏省交通科学研究计划项目“苏通大桥辅桥连续刚构桥收缩徐变及其影响研究”为依托，围绕高性能混凝土收缩徐变对大跨径预应力混凝土连续刚构桥的影响等问题展开相关研究，主要研究内容和取得的相关成果如下：　　 1．针对三种收缩徐变预测模型(CEB-FIP78模型、CEB-FIP90模型和ACI209(92)模型），进行参数的影响分析。ACI209模型预测的收缩应变最大，CEB-FIP78模型预测的收缩应变最小。ACI209模型和CEB-FIP78模型考虑了理论厚度对名义收缩系数的影响，而CEB-FIP90模型和CEB-FIP78模型考虑了理论厚度对收缩应变随时间发展进程的影响。　　 CEB-FIP78模型预测的徐变系数最大，ACI209模型预测的徐变系数最小。三种模型均考虑了理论厚度对名义徐变系数的影响，并且CEB-FIP90模型和CEB-FIP78模型还考虑了理论厚度对徐变随时间发展系数的影响。考虑工程5％的误差限值，对于ACI209模型，当理论厚度大于300mm时，可忽略理论厚度对名义徐变系数影响；对于CEB-FIP78模型和CEB-FIP90模型，当理论厚度大于500mm时，可忽略理论厚度对名义徐变系数影响。三种模型均考虑了加载龄期对名义徐变系数的影响：当加载龄期小于30天时，加载龄期对名义徐变系数影响较大，随加载龄期的增大，加载龄期对名义徐变系数影响逐渐较小。　　 2．针对苏通大桥连续刚构所用高性能混凝土开展三层次（材料、构件和结构）收缩徐变试验研究。　　在室内标准环境和室外自然环境下，对不同加载龄期、应力水平、应力历史和配筋率的试件进行收缩徐变试验研究，得出高性能混凝土收缩徐变规律。实桥所用混凝土的收缩徐变试验值远小于规范预测值，截面配筋可有效地抑制混凝土的收缩徐变。在有限元分析基础上给出配筋对收缩徐变影响的计算公式，在试验基础上拟合出收缩徐变预测公式，并对现行桥规所采用的收缩徐变模型进行参数修正。运用修正徐变预测公式对分批加载试件的徐变进行了计算，计算结果与实测值吻合较好，说明在应力小于0.4 fc时，利用叠加原理进行高性能混凝土的徐变计算仍有较好的精度。加载龄期短期试验结果表明，适当推迟混凝土加载龄期可有效地减小早期徐变和由此引起的预应力损失。　　收缩徐变引起的预应力长期损失试验研究表明，挠度的长期增大主要取决于截面上混凝土的应力分布；挠度徐变系数大于按现行规范计算的徐变系数，若用规范徐变系数计算施工阶段梁的变形，则会低估变形；预应力长期损失测量值大于理论计算值，直接用理论计算值来预测预应力损失将会低估长期损失。　　悬臂T构试验研究表明，长期恒载施加后，对于使用高性能混凝土制作的悬臂构件，由收缩徐变等因素所引起的混凝土应变增量和结构的长期变形均较小；根据材料层次收缩徐变试验得出的收缩徐变模型可以较好地预测悬臂构件的应力和变形；预应力长期损失较小，约为张拉控制应力的6%左右，高性能混凝土可以有效地减小收缩徐变和预应力损失；高性能混凝土的收缩徐变可以降低结构开裂荷载和重新开裂荷载。对于正常使用极限状态，建议考虑其收缩徐变对开裂荷载和重新开裂荷载降低作用。　　 3．基于两种收缩徐变模式（苏通大桥连续刚构设计采用的规范收缩徐变模式和试验所得修正收缩徐变模式）对苏通大桥连续刚构主梁的截面应力和长期变形进行了分析研究。分析结果表明，根据两种模式计算的截面应力基本一致，主梁在施工阶段的受力满足规范要求，按修正收缩徐变模式计算桥梁30年的变形较小；按修正收缩徐变模式计算的主梁施工预拱度最大值比按设计收缩徐变模式计算的主梁施工预拱度最大值约小15cm，但按两种收缩徐变模式计算的边跨主梁施工预拱度相近。按修正收缩徐变模式计算的施工阶段的挠度值与实测值相近，最大节段施工误差小于3cm。　　 4．收缩徐变与截面的理论厚度以及普通钢筋配筋率有关，对于大跨径预应力混凝土连续刚构桥，箱梁顶底板厚度和配筋率相差均较大，基于平截面假定和截面内力平衡方程推导了由于截面非均匀收缩徐变引起的正应变和截面曲率的计算公式。结合现行桥梁规范收缩模式指出，对于苏通大桥连续刚构桥，顶底板厚度的差异和配筋差异将引起的截面非均匀的收缩和徐变，造成主梁合龙后长期挠度的增大，在桥梁预拱度设置时应予考虑。　　 5．考虑桥梁结构基本设计变量存在的不确定性，建议对收缩徐变敏感的悬臂浇筑施工的大跨径预应力混凝土连续刚构桥，采用响应面法进行一定置信水平下结构的不确定性分析，并按95%置信下限计算的跨中长期变形来考虑实桥预拱度的设置。　　对影响结构长期变形各参数的显著性水平进行了讨论，并对参数的敏感度进行分析。对苏通大桥连续刚构而言，施工时应优先确保有效预应力的准确性，自重对结构变形的影响最大，二期恒载对结构长期变形的影响随时间逐渐减小。　　 6．分析有效预应力对苏通大桥连续刚构长期挠度的影响，长期挠度与摩擦系数、摩擦影响系数、松弛比以及初始张拉力有较强的线性相关性。悬臂束对长期挠度的影响最大，中跨合龙束次之，边跨合龙束最小。在悬臂束中，顶板束对长期挠度的影响大于腹板束。单位数量中跨合龙束对跨中挠度的影响最大。　　最后，综合研究成果和己建工程的实际经验，从连续刚构桥的设计、计算和施工等方面提出了改进措施以及针对病害的控制措施。
作者：	张运涛
专业：	土木工程;结构工程
导师：	孟少平;惠卓
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文