大跨徑PC連續(xù)體系箱梁橋時變效應(yīng)仿真分析與試驗研究.pdf

1、國內(nèi)外不同服役期限的大跨徑PC連續(xù)體系橋梁在使用過程中凸顯出眾多病害，一些橋梁出現(xiàn)了嚴(yán)重問題，乃至個別橋梁不能正常使用，造成部分技術(shù)人員和建設(shè)管理人員對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)體系箱形梁橋的恐懼心理或偏見，甚至有完全否定這種橋型的傾向，已引起社會公眾和管理者的高度重視。認(rèn)識和深入分析大跨徑PC連續(xù)體系橋梁時變效應(yīng)是確保大橋正常施工及安全運營的重要環(huán)節(jié)。開展大跨徑PC連續(xù)體系橋梁時變效應(yīng)研究，具有重要的理論意義與工程實用價值。 本文作為國

2、家西部交通建設(shè)科技項目“大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋、連續(xù)箱梁橋開裂成因及處治技術(shù)研究”和“大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋主梁下?lián)显蚍治黾皩Σ哐芯俊崩碚撝?，以河南白河特大橋、貴州沙銀溝特大橋為背景工程，跟蹤橋梁的建設(shè)過程，以建設(shè)過程的工地現(xiàn)場實測和實驗室試驗研究，采用仿真分析對大跨徑連續(xù)體系梁橋的溫度時效理論、溫度梯度、水化熱時變效應(yīng)、收縮徐變時變效應(yīng)等方面進(jìn)行系統(tǒng)試驗研究及理論分析。為上述兩項目的順利完成打下基礎(chǔ)。 在收縮徐變時變

3、效應(yīng)研究中，通過現(xiàn)場、實驗室實測擬合的收縮徐變曲線與我國現(xiàn)行《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D62-2004)規(guī)范(以下簡稱04規(guī)范)、AASHTO規(guī)范的對比分析，得出利用Dirichlet級數(shù)擬合的現(xiàn)場、實驗室收縮徐變曲線與AASHTO規(guī)范非常接近，因此采用AASHTO收縮徐變模型考慮收縮徐變的結(jié)構(gòu)撓度計算結(jié)果更接近工地實際情況，而按04規(guī)范推薦收縮徐變公式的計算值大于AASHTO及實測擬合公式的值；通過采用不同

4、收縮徐變公式對背景工程應(yīng)力及預(yù)應(yīng)力損失等指標(biāo)的系統(tǒng)分析得出，采用擬合公式及AASHTO公式預(yù)測的各項力學(xué)指標(biāo)在趨勢及量值較為接近，而采用04規(guī)范預(yù)測的混凝土應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力損失與其它方法預(yù)測結(jié)果相比，偏差較大，甚至某些指標(biāo)規(guī)律相反，值得引起設(shè)計重視；收縮徐變對橋梁結(jié)構(gòu)的撓度影響較大，尤其對中跨跨中撓度的影響比較明顯，采用04規(guī)范收縮徐變公式預(yù)測的撓度變化大于采用AASHTO規(guī)范及實測擬合公式的預(yù)測值；混凝土收縮徐變對截面應(yīng)力影響隨時間的延長

5、而不斷增大，成橋之后，混凝土收縮徐變有使控制截面上、下緣應(yīng)力向更不利方向發(fā)展的趨勢。 在溫度梯度分析中，通過現(xiàn)場實測及引入光強分解原理模擬混凝土箱梁溫度場表明，溫度沿腹板高度和橫向存在明顯的溫差現(xiàn)象，除豎向存在溫度梯度外，在一側(cè)腹板背光的情況下存在明顯的橫向溫度梯度，首次構(gòu)造了二維溫度梯度模式。橫向溫度梯度使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生橫向彎曲變形，但對結(jié)構(gòu)豎向變形影響較小。結(jié)構(gòu)橫向變形值及應(yīng)力與橫向溫度梯度及橋梁方位有關(guān)； 在水化熱時變效

6、應(yīng)分析中，從時效的角度出發(fā)，綜合考慮各種因素提出水化熱溫度場時效模式，不僅能很好地模擬實測數(shù)據(jù)，而且能比較準(zhǔn)確地描繪預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁0＃塊混凝土早期水化熱溫度場變化規(guī)律；計算結(jié)果表明，在腹板與底板、腹板與頂板、腹板與橫隔板相交處混凝土產(chǎn)生大量水化熱，導(dǎo)致澆注溫度很高，并向表面依次降低；箱梁大體積混凝土內(nèi)部向表面溫度梯度越來越大，混凝土體內(nèi)呈壓應(yīng)力、表面呈拉應(yīng)力狀態(tài)，易導(dǎo)致混凝土早期開裂病害發(fā)生。 通過本文的研究，并與已有的研究成果

7、對比分析，本研究創(chuàng)新成果有： 基于現(xiàn)場與實驗室實測擬合施工所需的混凝土收縮徐變預(yù)測模型，并據(jù)此進(jìn)行了對比分析，提出了理想模型--根據(jù)依托工程箱梁混凝土節(jié)段施工周期，通過組合系數(shù)預(yù)測成橋若干年后的收縮徐變值，使收縮徐變計算參數(shù)更加符合實橋情況，提高了計算精度。 基于實測溫度場及光強分解建立混凝土箱梁二維溫度梯度--引入光強分解與地面反射原理，結(jié)合依托工程實測日照溫度場，首次提出混凝土箱梁二維溫度梯度模型。 預(yù)應(yīng)力混

8、凝土箱形梁水化熱時效模型的建立及求解--綜合考慮溫度、混凝土早期強度的形成、混凝土水泥水化放熱、對流邊界條件和混凝土抗拉強度受溫度時變效應(yīng)影響，建立水化熱時效模型，結(jié)合澆注時差及工程中常用分層方式，進(jìn)行了水化熱溫度場模擬及其效應(yīng)數(shù)值分析，得出了重要有價值結(jié)論。 本文研究成果不僅為國家西部項目的順利完成奠定基礎(chǔ)，對我國大跨徑PC混凝土連續(xù)體系橋梁時變效應(yīng)及混凝土水化熱、溫度場、收縮徐變領(lǐng)域的研究亦有一定的借鑒意義，可供我國大跨徑預(yù)