考慮時(shí)變性和不確定性的混凝土橋梁收縮徐變及預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算方法.pdf

1、預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁以其跨越能力強(qiáng)、施工技術(shù)成熟、行車舒適、工程造價(jià)低、養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)單等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),在橋梁工程領(lǐng)域具有廣闊的工程應(yīng)用前景。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),在國(guó)內(nèi)外已建橋梁中,混凝土橋梁在所有橋型中所占的比例最大:在歐洲和美國(guó),混凝土橋梁占已建橋梁的70％以上；我國(guó)比例更大,混凝土橋梁占90％以上。在混凝土橋梁向大跨、高墩方向飛速發(fā)展的同時(shí),已建成的大跨橋梁結(jié)構(gòu),在運(yùn)營(yíng)數(shù)年后70％以上出現(xiàn)了不同程度的病害,其中主梁跨中下?lián)吓c箱梁1／4L左右腹板開(kāi)裂尤

2、為突出,成為制約大跨徑混凝土橋梁進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)難題。
　　 國(guó)內(nèi)外學(xué)者分析這些病害問(wèn)題后發(fā)現(xiàn):混凝土收縮徐變、預(yù)應(yīng)力損失大是出現(xiàn)病害的主要原因,而目前相關(guān)的收縮徐變、預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算方法還不完善,不同計(jì)算方法之間的差值可達(dá)30％以上。因此,隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施的不斷發(fā)展和完善,迫切需要尋求新的理論方法,解決混凝土橋梁收縮徐變和長(zhǎng)期預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算結(jié)果與工程實(shí)際差別較大的難題。
　　 本文的研究工作,主要圍繞進(jìn)一步完善和改進(jìn)

3、混凝土橋梁收縮徐變和預(yù)應(yīng)力損失分析方法而展開(kāi)。在綜合考慮混凝土收縮徐變的時(shí)變性和不確定性、分析長(zhǎng)期預(yù)應(yīng)力損失中混凝土收縮徐變與鋼筋應(yīng)力松弛之間的相互影響作用、提出自重輕的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行工程應(yīng)用等方面展開(kāi)了系統(tǒng)、深入的研究工作。本文的主要研究成果和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　 (1)詳細(xì)評(píng)述了目前混凝土橋梁中收縮徐變和預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算的理論意義、發(fā)展現(xiàn)狀、應(yīng)用背景、研究成果等；系統(tǒng)分析了目前混凝土收縮徐變和預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算方法存在的問(wèn)題與不

4、足,在此基礎(chǔ)上,闡述了本文研究工作的思路和主要研究?jī)?nèi)容。
　　 (2)提出了同時(shí)考慮時(shí)變性和不確定性的混凝土橋梁收縮徐變分析方法,利用按齡期調(diào)整的有效模量法(AEMM)分析混凝土的時(shí)變性,運(yùn)用準(zhǔn)確、快速抽樣的拉丁超立方抽樣隨機(jī)有限元法(LHS)分析混凝土的不確定性,。研究結(jié)果表明,在沒(méi)有把握對(duì)常規(guī)收縮徐變方法計(jì)算的確定性結(jié)果作出準(zhǔn)確判斷的基礎(chǔ)上,通過(guò)考慮時(shí)變性和不確定性的混凝土橋梁收縮徐變分析方法,獲得橋梁結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期內(nèi)力值域區(qū)間

5、,并對(duì)整個(gè)值域區(qū)間進(jìn)行全面分析,使設(shè)計(jì)時(shí)能夠多重考慮橋梁結(jié)構(gòu)的不利受力狀態(tài),因而計(jì)算結(jié)果保證率更高、結(jié)構(gòu)安全性更好。
　　 (3)提出了考慮混凝土收縮徐變和鋼筋應(yīng)力松弛的混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算方法,根據(jù)預(yù)應(yīng)力筋和混凝土應(yīng)力平衡方程及變形協(xié)同條件,基于AEMM法和LHS法,推導(dǎo)同時(shí)考慮收縮徐變時(shí)變性和不確定性、及其與鋼筋松弛相互作用的預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算公式。分析結(jié)果表明,預(yù)應(yīng)力損失試驗(yàn)梁的長(zhǎng)期預(yù)應(yīng)力損失實(shí)測(cè)值均位于本文預(yù)應(yīng)力損失方法

6、計(jì)算的值域區(qū)間中部,說(shuō)明本文長(zhǎng)期預(yù)應(yīng)力損失方法計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。
　　 (4)針對(duì)國(guó)內(nèi)外連續(xù)剛構(gòu)橋跨中下?lián)吓c腹板開(kāi)裂病害問(wèn)題,從減輕結(jié)構(gòu)自重和優(yōu)化結(jié)構(gòu)力學(xué)性能出發(fā),提出一種基于混凝土密度梯度變化的連續(xù)剛構(gòu)橋新結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)跨中采用高強(qiáng)輕集料混凝土、1／4L左右采用纖維增強(qiáng)抗裂高強(qiáng)次輕混凝土、墩梁固結(jié)處采用高強(qiáng)普通混凝土,通過(guò)對(duì)不同密度混凝土材料的優(yōu)化配置,達(dá)到減輕結(jié)構(gòu)自重、減小收縮徐變、提高腹板抗裂性能的目的。混凝土密度梯度變化

7、的連續(xù)剛構(gòu)橋空間內(nèi)力分布表明,該結(jié)構(gòu)受力合理、可靠。
　　 (5)運(yùn)用考慮時(shí)變性和不確定性的混凝土橋梁收縮徐變分析方法,對(duì)基于混凝土密度梯度變化的連續(xù)剛構(gòu)橋進(jìn)行收縮徐變效應(yīng)分析。研究結(jié)果表明,在收縮徐變時(shí)變性和不確定性影響下,運(yùn)營(yíng)前3年橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力和撓度均增加明顯,3年后逐漸趨于穩(wěn)定。本文提出的收縮徐變方法計(jì)算的內(nèi)力和撓度增量確定性值,與AEMM法計(jì)算值基本相等；且在95％置信界限和橋梁運(yùn)營(yíng)30年內(nèi),本文提出的收縮徐變方法計(jì)算的