USST_Arts_117101344预应力混凝土连续梁桥收缩徐变计算模型研究

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3.0 牛悦 2024-11-11 5 4 2.56MB 56 页 15积分

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摘要

收缩徐变是混凝土的固有性质，它对大跨度预应力混凝上桥梁结构变形有着

显著的影响。但是，混凝土的收缩徐变机理复杂，影响混凝土收缩徐变的因素众

多。因此，如何准确预测收缩徐变对预应力混凝土桥梁结构的影响是个重要而复

杂的问题。

本文以南京至杭州铁路专线工程某铁路桥梁为工程实例，采用 MIDAS/Civil

实体建模的方法分析了收缩徐变对桥梁主梁内力和变形的影响。对比了不同收缩

徐变模型对桥梁后期变形的影响。并分析了不同铺装时间、不同合拢顺序，不同

相对湿度、不同混凝土加载时间、不同混凝土强度等 5种情况下收缩徐变对桥梁

后期变形的影响。

分析发现：收缩徐变使桥梁成桥后主梁内应力减小；混凝土的徐变是影响桥

梁后期变形的主要因素；桥梁采用先边跨合拢后中跨合拢的施工顺序产生的后期

变形比先中跨合拢后边跨合拢的变形小；体系转换后 90 天铺装为最佳铺装时间；

桥梁施工过程中混凝土的加载龄期较短，长期挠度将有所增加，因此在桥梁施工

过程中，延迟施工荷载加载于新浇注的梁段，可以减低长期挠度；同时使用高强

混凝土也可减小桥梁的后期变形。

关键词：徐变收缩 MIDAS/Civil 计算模型

ABSTRACT

The creep and shringkage are the inherent time-dependent characteristics of

concorete-materials It has a significant influence on the deformation of the long-scale

prestressed concrete bridge. But the mechanics of creep and shringkage is very

complicated and many influential factors should be considered. So it is an important

and complicated problem to Predict the effect of the creep and shringkage on the

prestressed concrete bridge accurately.

In this paper, a railway bridge in Nan Jing – Hang Zhou special railway line

project was used for an engineering example. the influence of shrinkage and creep on

the internal force and deformation of the bridge is analyzed with MIDAC/Civil entity

modeling method. Compared the different shrinkage creep specification late

deformation of the bridge .And analyzed at different time, different shop is closed

order, different relative humidity, concrete load time, concrete strength etc. Five cases

the influence of shrinkage and creep on bridge late deformation.

It found that the creep and shrinkage can reduce the girder stress.The creep of

concrete are the main influence of the bridge, the side span across the construction

method of after the late deformation than small across different behind, in the first 90

days after the system conversion shop for the best time to shop. Bridge construction in

the process of concrete loading age is shorter, the long-term deflection will increase, so

in the process of bridge construction, Delaying the construction load loaded in the new

gating beam section can reduce long-term deflection. At the same time the use of high

strength concrete can also reduce the late deformation of the bridge.

Key Words: creep，shringkag，MIDAS/Civil，calculation model

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论 ............................................................................................................ 1

1.1 项目背景与研究意义 ................................................................................ 1

1.1.1 项目背景 ......................................................................................... 1

1.1.2 研究意义 ......................................................................................... 1

1.2 混凝土收缩徐变的机理 ............................................................................ 2

1.2.1 混凝土的徐变机理 ......................................................................... 2

1.2.2 混凝土的收缩机理 ......................................................................... 4

1.3 混凝土收缩徐变的主要影响因素 ............................................................ 5

1.4 徐变与收缩对桥梁结构的影响 ................................................................ 6

1.5 本论文的主要工作 .................................................................................... 7

第二章混凝土收缩徐变的分析方法 .................................................................... 8

2.1 收缩徐变大小的表示方法 ........................................................................ 8

2.1.1 徐变大小的表示方法 ..................................................................... 8

2.1.2 收缩大小的表示方法 ..................................................................... 8

2.2 徐变的计算理论和方法 ............................................................................ 9

2.3 国内外常用的收缩徐变模型 .................................................................. 12

2.4 徐变系数的比较分析 .............................................................................. 16

2.5 收缩应变比较分析 .................................................................................. 20

2.6 本章小结 ................................................................................................. 21

第三章预应力混凝土连续梁桥的收缩徐变分析 .............................................. 22

3.1 M1das/Civil 中徐变计算方法 ................................................................. 22

3.2 结构建模 .................................................................................................. 23

3.2.1 结构基本参数 ............................................................................... 23

3.2.2 桥梁施工设计方案 ....................................................................... 24

3.3 桥梁有限元模型建立 .............................................................................. 25

3.3.1 计算参数 ....................................................................................... 25

3.3.2 桥梁的有限元建模 ....................................................................... 25

3.4 成桥后收缩徐变对桥梁的影响分析 ...................................................... 26

3.4.1 收缩徐变对桥梁成桥后应力的影响 ........................................... 26

3.4.2 收缩徐变对桥梁成桥后主梁内力的影响 ................................... 31

3.4.3 收缩徐变对桥梁成桥后期主梁变形的影响 ............................... 33

3.4.4 不同规范下预应力混凝土连续梁桥后期变形比较 ................... 35

3.5 本章小结 .................................................................................................. 36

第四章收缩徐变在不同因素下对连续梁桥变形的影响 .................................. 37

4.1 合拢顺序不同下收缩徐变对桥梁后期挠度的影响 .............................. 37

4.2 收缩徐变在不同铺装时间下对连续梁桥的影响 .................................. 41

4.3 相对湿度的影响 ...................................................................................... 45

4.4 加载龄期的影响 ...................................................................................... 46

4.5 混凝土强度的影响 .................................................................................. 46

4.6 本章小结 .................................................................................................. 46

第五章结论与展望 .............................................................................................. 48

5.1 主要结论 .................................................................................................. 48

5.2 展望 .......................................................................................................... 49

参考文献 ................................................................................................................ 50

读研期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .................................... 53

致谢 ........................................................................................................................ 54

第一章绪论

1.1 项目背景与研究意义

1.1.1 项目背景

铁路是国家的重要基础设施和国民经济的大动脉。高速铁路的安全服役是高

速铁路交付运营后所要面对的最重要问题。从 1999 年我国兴建第一条高速铁路

秦沈客运专线以来，高速铁路在我国取得了飞速的发展。我国是地质复杂地形多

样的国家，高速铁路修建过程中由于地质地形的影响，往往需要跨越峡谷，河流

等障碍，桥梁作为跨越峡谷，河流等障碍的一种主要形式成为高速铁路建设中的

重要组成部分。由于高速铁路采用全封闭式行车，对线路平纵面参数限制严格并

要求轨道具有高平顺性[1]，导致桥梁在高速铁路建设中的比例明显增大，我国高

速铁路线路中桥梁所占比例已经达到 50%左右[2]。在众多的高速铁路桥梁中，预

应力混凝土连续梁桥由于其变形小，结构刚度好，行车平顺舒适，伸缩缝少，养

护简单，抗震能力强等优点得到广泛应用[3]。由于高速行车对线路、桥梁等土建

工程的刚度要求严格，因此高速铁路桥梁常以中小跨度为主[4]。但由于高速铁路

建设的需要以及随着我国桥梁事业的发展，大跨度预应力混凝土连续梁桥在高速

铁路桥梁中的出现不可避免，也越来越多。如武广客运专线上的株洲湘江大桥、

衡阳湘江大桥、陆水特大桥、王灌特大桥主跨均超过了 100 米。因此，控制大跨

度预应力混凝土连续梁桥的长期变形具有很大的现实意义。

1.1.2 研究意义

高速铁路由于行车速度快，轨道的平顺性对于行车的安全性尤为重要，因此

铺设轨道的选择在高速铁路的建设中就显得很重要。无砟轨道与有砟轨道相比由

于其较强的整体性，横向和纵向的高稳定性，更好的行车平稳性，更大的通过能

力以及可避免高速行驶下有砟轨道的道砟飞溅和可以减小二期恒载等优点，在高

速铁路轨道铺设中占据了主导地位[5]。

相对于中小跨径的连续梁桥，收缩徐变变形在大跨度连续梁桥后期总变形中

所占的比例更大。因此混凝土收缩徐变变形对大跨度的连续梁桥线性变化的影响

也更严重。由于桥梁线形的改变，相应的铺设在上面的无砟轨道的轨道线形也会

改变。通常，无砟轨道的轨道线形通过扣件来调节。一般隧道内无砟轨道扣件可

上海理工大学硕士学位论文

调量大约为 10mm，桥梁上无砟轨道扣件的可调量至少要调高至 30mm，最好

50mm。如果桥梁的收缩徐变变形超过无砟轨道扣件可调量程范围，将严重危害

到桥上轨道线路平顺性[6]。由于高速铁路机车行车速度快，轨道的不平顺会激起

机车车辆的震动，而机车车辆的振动又会加剧轨道不平顺性的发生和发展，同时

也会产生车桥系统耦合震动，影响行车的安全性，也会给桥梁带来损害。因此，

对于无砟轨道预应力混凝土连续梁桥的收缩徐变计算模型的研究无论在桥梁设

计中还是在对桥梁收缩徐变的控制上都具有很大现实意义。

本课题是铁道部重点课题《高速铁路桥梁准一体化评估与云计算集成平台关

键技术研究》（2012G003—E）的一部分，主要研究混凝土收缩徐变效应对桥梁变

形的影响，以及由此导致的高速列车运营问题。本文将采用数值模拟的方法，在

现有国内外混凝土收缩徐变计算理论和方法的基础上对预应力混凝土连续梁桥

的收缩徐变变形进行模拟。并且对国内外几种收缩徐变预测模型进行对比分析，

从而给预应力混凝土连续梁桥的收缩徐变设计以及桥梁后期收缩徐变变形的控

制提供参考。

1.2 混凝土收缩徐变的机理

收缩、徐变是混凝土材料本身固有的两个特性，它们都是关于时间的变量，

是混凝土材料两个重要的物理力学性质[7]。混凝土的收缩徐变发生的机理十分复

杂，影响因素很多.人们在研究过程中往往要考虑多方面的影响，但通常只能侧重

某一方面，因此到目前为止，关于混凝土收缩徐变的计算理论和方法以及预测模

型有很多种。

虽然混凝土收缩徐变的机理复杂并且都有其各自自身的特点，但是它们都可

以与混凝土内水化水泥浆的特性联系起来[7]。

1.2.1 混凝土的徐变机理

关于徐变的机理国混凝土学会第 209 委员会（ACI209）1972 年的报告将徐

变的机理分为[8]：

1）.在应力作用下、在吸附水层的润滑作用下，水泥凝胶体的滑动或剪切所

产生的水泥石的粘稠变形。

2）.在应力作用下，由于吸附水的渗流或层间水的转移而导致的紧缩。

3）.由水泥凝胶对骨架弹性变形的约束作用引起的滞后弹性变形。

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摘要：

摘要收缩徐变是混凝土的固有性质，它对大跨度预应力混凝上桥梁结构变形有着显著的影响。但是，混凝土的收缩徐变机理复杂，影响混凝土收缩徐变的因素众多。因此，如何准确预测收缩徐变对预应力混凝土桥梁结构的影响是个重要而复杂的问题。本文以南京至杭州铁路专线工程某铁路桥梁为工程实例，采用MIDAS/Civil实体建模的方法分析了收缩徐变对桥梁主梁内力和变形的影响。对比了不同收缩徐变模型对桥梁后期变形的影响。并分析了不同铺装时间、不同合拢顺序，不同相对湿度、不同混凝土加载时间、不同混凝土强度等5种情况下收缩徐变对桥梁后期变形的影响。分析发现：收缩徐变使桥梁成桥后主梁内应力减小；混凝土的徐变是影响桥梁后期变形的...

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