混凝土收缩徐变对连续曲线箱梁桥的受力影响.pdf

l 4 铁道建筑 Ra i l wa y En g i n e e r i n g 文章编 号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 0 ) 0 6 - 0 0 1 4 - 0 2 混凝土收缩徐变对连续曲线箱梁桥的受力影响 童 智 洋 ( 中铁大桥局集团 武汉桥梁科学研究 院， 武汉4 3 0 0 3 4 ) 摘 要 ： 以某公铁 两用桥 的 匝道 立 交桥 为例 ， 详 细分析 了混凝土 收缩徐 变在不 同的徐 变年限 时对连 续 曲线 箱梁桥 的位 移和 内力的影响 ， 指 出， 收 缩徐 变对 连续 曲线 箱梁桥 的影响延 续期按 l 0年计 算过 短 。 关键 词 ： 收 缩 徐 变 位 移 内力 连 续 曲线 箱粱 中图分 类号 ： U 4 4 8 2 2 3文献标识 码 ： A 随着城市立 交桥 、 铁路 高架桥 的发展 ， 受桥位 和其 他条件的限制， 越来越多地采用曲线梁桥 ， 特别是连续 曲线梁桥。在连续 曲线梁桥中， 收缩徐变是不可忽略 的影 响因素 ， 而在 我国规 范 中并 没有针对性 的条款 ， 仅 推荐采用 ( C E B -F I P模 式规 范中的相应 公 式进 行计 算 ， 同时将计 算年限 7 0年缩短 为 1 O年 。 1 计算原理 设 t 为计 算时刻 ， 则 T r o s t B a z a n t 公式可 用较精 确 的形 式表 示应力应变 增量 的关 系 ( t ， t 一 )= ( t 一t 。 ) E( t 。 ) 1+ ， i 一1 x ( t I ， l一 。 ) ( l ， t i 1 ) + ( t j ) E E ( tj ) J= 1 ( t f ， ti ) 一 ( f l ， ) + ( f ， f 1 ) ( 1 ) 引入 E ( t i ， t )：E ( t ， t H ) 1 ( t f ， t 卜 J ) ( t ， t ) 并设 7 1 ( t t J )=E ( t t j ) E( ) 儿 ( ， tj )一 ( ， t j ) 则由节点约束产生的轴力和节点弯矩增量为 i l A N ( t ) = 一n ( t ， t j ) A N ( tj ) 一 ， 1 E ( t ， t H ) s ( t 。 ， t ) ( 2 ) l A M 。 ( t ) = 一叼 ( ， tj ) A M ( tj ) 一 J 1 J E ( t ， t ) ( t ， t H) ( 3 ) 式 中 ， ( t ， t ) 、 ( t 一t ) 为 t 至 t 时 间内 由 收缩 徐 变 引 起 的 应 变 增 量 和 应 力 增 量 ； A N( t j ) 、 A M( t ， ) 、 ( t i )为时刻 t ， 的轴力 、 弯矩 、 应 力增量 ； 收稿 日期： 2 0 0 9 - 1 2 - 2 8 ； 修回日期 ： 2 0 1 0 - 0 3 - 0 5 作者简介 ： 童智洋( 1 9 7 0 一) ， 男 ， 湖北汉川人 ， 高级工程师。 A s ( t ， t )为 t 至 t 时 间 内发 生 的 收缩 应变 增 量 ； E( t j )为时刻 t j 的弹性模量； E ( t t 一 )为按龄期调整 的有效模 量 ； ( t ， t j )为 t 到 t 时间段 内的徐 变 系 数 ； ( t ， t ) 为 老化系数 ； ( t ， z ) 为 t i _ 。 至 t 时 间 内收 缩引起 的 曲率增 量 ； ( t ， t ， )为引入 变量 ； A 、 ， c 为 混凝 土截 面面积 、 抗 弯惯性矩 。 式 ( 2 ) 和式 ( 3 ) 按 单元 规 定 的坐 标 系 即可形 成 单 元 的收缩 徐变荷 载矩 阵 ， 再 采 用 计算 机利 用 有 限单 元 逐 步计算 法 求解 。同理 ， 还 可 以求 出位 移增 量 等 ( 对 式( 2 ) 和式( 3 ) 的详细推导可参见文献 2 ) 。 随着计 算机技 术 的高 速发 展 和 有 限元法 的应用 ， 采用 有效模 量有限单 元法计 算收缩徐 变对桥 梁结构 的 影 响已基本 可以得 到较完美 的解 。 对 混凝土桥 梁 的收缩 徐 变进 行 有 限单 元分 析 ， 将 从施工开始到竣工直至收缩徐变完成的过程划分为若 干 个计算 阶段 ， 每 个计 算 阶段 再 划分 为数 个适 当的 时 间 间隔 ； 每 个计算 阶段 已建 结构划 分为若干 个单元 ， 并 使 每个单元 的混凝 土具有 均一的徐 变收缩特性 。 2 算例分析 计算分析模 型( 见文 献 3 中的图 1 ) 的跨径 为 ( 3 0+ 4 O+ 3 0 ) i n ， 平 曲线 半径 为 1 0 0 m， 收缩 徐变 参数 参 照文献 I 取值 ： t = 5 d ， t 。 =5 d ， =3 4 0 0 0 MP a ， R H= 7 0 ， 卢 = 5 0 。其中， t 为收缩开始时的混凝土 龄期 ( d ) ， 可假 定为 3 7 d ； t 。 为 桥梁 结构 开始 受 收缩 徐变影响时刻( d ) ； 为混凝土 2 8 d的平均立方体抗 压强度 ( M P a ) ； R H为环境 年平 均 相对 湿度 ( ) ； ， 为 依 水泥种 类而定 的系数 ， 按硅酸 盐类水泥取 5 0 。 全桥采用空间曲杆单元法进行计算分析。计算恒 载作 用下 ， 收缩徐 变对 结构 位移和 内力的影 响。 2 1 收 缩徐变 对结构 位移的影 响 ( 计算结 果见 图 1 ) 由图 1 ( a ) 可知 ， 收缩 徐变对 梁端纵 向位移 的影 响 2 0 1 0年第 6期 混凝土收缩徐变对连续曲线箱梁桥的受力 影响 l 5 - 一 21 3 0 一 5 一 l 0 滟 一 1 5 一 2 O 厘 - 2 5 崩 3 0 哥- 3 5 搬 4 O 45 徐变年 限， 年 ( b ) 跨 中竖 向位 移 一左 边跨 跨中 一 中跨跨 中 A - - 右 边跨 跨中 图 1 收缩 徐 变对 结 构 位移 的影 响 较大 ， 3 0年后仍 在 发展 。前 5年 发 展 较 快 ， 约 完 成 了 6 5 ( 以 3 0年为终值 ) ； 5年一2 0年 间的增长速率基 本相 同 ， 1 0年时 约 完 成 8 0 ， 2 0年 时约 完 成 9 5 ， 2 0 年后 曲线基 本趋 于平 缓 。因此 ， 采 用 公 路 桥梁 规 范 推 荐 的 1 0年延 续期 略偏短 ， 宜按 2 0年 进行 计算 。 同时 ， 从 图 1 ( a ) 中还可 以看 出 ， 收缩 徐变 对 梁体 的径 向位 移 也有一 定 的影 响 ， 虽然 影响较 小 ， 但 其 与 由温 度效 应产 生 的径 向位 移叠加 ， 会 使 结 构 受力 朝 更 不 利 的方 向发 展 。因此 ， 在 设计 时要 注 意 收缩 徐 变对 梁 端纵 向位 移 和径 向位移 的影 响 ， 这 影 响 到 支座 类 型 的选 取 以及 限 位装 置的设 置 。 图 1 ( b ) 则说 明 ， 收 缩徐 变 仅 在前 l 0年 对 梁体 跨 中的竖 向位 移有 一定 的影 响 ， 但影 响很 小 ， 设 计研 究 时 可忽 略或按 规范 1 0年延 续期 计算 。 2 2收缩徐 变对 结构 内力 的影 响 收缩徐 变对 结构 内力影 响 的计算 结果见 图 2 。 由图 2可知 ， 收缩徐 变对 梁端 扭矩 基本 没有影 响 ， 但对 梁体 的轴力 、 径 向剪 力 和 竖 向 弯矩 都 有 一 定 的影 响 。若 以 3 0年 的 收缩 徐 变 为终 值 ， 1 0年 时收 缩 徐 变 对梁 体 的轴 力 、 径 向剪 力 和竖 向弯 矩 的影 响 均 约 完成 8 0 ， 2 0年 时均 约完成 9 0 。这与 图 1显示 的计 算延 续期 规律相 似 。但收 缩 徐 变对 梁 体 的轴 力 、 径 向 剪力 和竖 向弯矩 的影 响绝 对值较 小 ， 相对 于恒 载效应 来说 ， 收缩 徐变 的影 响非常 有 限 ， 设计 时甚 至可 以忽 略。 2 3 收缩徐 变对 不 同桥宽 结构 的位移 和 内力影 响 若保持 其它 参数 不 变 ， 仅 将 前 述计 算 模 型 的 截 面 对称 的改 为单箱 双室 截面 ， 即增 加桥 宽 ， 按 照 同样 的方 法计 算 ( 计 算 结 果 略 ) ， 可 以 发 现 ， 计 算 结 果 与 2 1节 和 2 2节 的计算结 果基 本相 同 。这说 明收缩 徐变 对 梁 体位 移 和内力 的影 响与桥 宽无关 。 三3 0 之2 0 差1 0 0 - 1 拿0 Zl OO 雾 枷- 20 ： 匠一 4 0 0 崩一 5 00 - 2 0 z- 4 0 - 6 0 R一 8 O 暴 一 1 0 0 1 2 O l 4 0 8 姜 墓 -2 -8 0 5 1 0 1 5 2 O 2 5 3 O 徐变年 限， 年 ( b ) 竖 向弯矩 一 左边跨跨 中 一中跨跨 中 一 右边跨跨 中 徐变年 限 年 ( C ) 轴力 一左边跨跨 中 中跨跨 中 一右边跨跨 中 徐变年限， 年 ( d ) 径 向剪力 图 2收缩 徐变对结构 内力 的影响 3 结 论 1 ) 连续曲线箱梁桥中， 收缩徐变对梁体 的位移 和 内力都 有一定 的影响 ， 且 在前 2 0年 内影 响较 明显 。相 对 来说 ， 收缩 徐变 对 内力 的影 响较 小 ， 但要 注 意收缩徐 变对梁 端纵 向位 移和 径 向位 移 的影 响 ， 这影 响 到 支座 类 型 的选取 以及 限位装 置 的设 置 。 2 ) 收缩徐变对梁体位移和内力的影响与桥宽无关。 3 ) 按照 规范 中 的延续 期 按 1 O年 计 算 收缩 徐 变对 连续 曲线箱 梁桥 的影 响 ， 略 偏 短 ， 可 考虑 按 2 0年进 行 计算 。 参 考 文 献 1 中交公 路规 划设计 院 J T G D 6 2 -2 0 0 4 公路钢筋混凝 土及 预应力混凝土桥涵设计规范 S 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 4 2 项海帆 高等桥 梁结 构理 论 M 北 京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 001 3 童智洋 温度效应对连续 曲线箱 梁受力 的影响 J 铁 道建 筑 ， 2 0 0 8 ( 1 1 ) ： 4 6 4 武汉桥科院 预应力混 凝土连续 曲线梁桥 结构受力行 为研 究报告 R 武汉 ： 武汉桥科院 ， 2 0 0 6 ( 责任 审编 白敏华) 向 向 向 向 纵 纵 径 径 l，l 2 支 支 支 支 边 边 中 中