非對(duì)稱獨(dú)塔斜拉橋收縮徐變研究

王 永 東

(蘭州交通大學(xué)，甘肅 蘭州 730070)

非對(duì)稱獨(dú)塔斜拉橋收縮徐變研究

王 永 東

(蘭州交通大學(xué)，甘肅 蘭州 730070)

對(duì)天水藉河大橋運(yùn)用Midas軟件建立桿系有限元模型，分析此類高強(qiáng)混凝土不等跨獨(dú)塔斜拉橋成橋時(shí)刻及成橋若干年后收縮徐變效應(yīng)對(duì)主梁的撓度、梁體應(yīng)力及預(yù)應(yīng)力的影響，結(jié)果表明：在成橋時(shí)刻，由于施工過程中混凝土收縮徐變效應(yīng)引起的主梁應(yīng)力最大可占梁體總應(yīng)力的25%；成橋10年后，由收縮徐變效應(yīng)造成的預(yù)應(yīng)力損失超過50 MPa。

高強(qiáng)混凝土，收縮徐變效應(yīng)，撓度，預(yù)應(yīng)力損失

0 引言

混凝土屬于粘彈性材料，其基本特性就包括收縮和徐變，收縮是指硬化過程中體積縮小的現(xiàn)象，徐變是荷載長(zhǎng)期作用下變形隨時(shí)間增長(zhǎng)的現(xiàn)象。兩者與混凝土中集料、凝膠體的延遲彈性變形、水分的遷移等因素有關(guān)，又有諸多內(nèi)部及外部因素影響它的發(fā)生，使得其發(fā)展過程不易把握。然而，收縮徐變效應(yīng)在橋梁結(jié)構(gòu)的總效應(yīng)中占相當(dāng)大的比例，使得針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的收縮徐變研究必不可少。另外，斜拉橋作為高次超靜定結(jié)構(gòu)體系，在使用過程中由于諸多因素，強(qiáng)度和剛度會(huì)有所下降，找出收縮徐變這一重要因素對(duì)斜拉橋內(nèi)力等的影響機(jī)制，在橋梁各狀況的分析中必不可少。

1 工程概況

藉河大橋?yàn)?75+110)m不等跨π形主梁，縱梁在梁中心處高2 m，寬1.8 m。懸臂段長(zhǎng)3.8 m，懸臂板根部高度0.5 m，端部高度0.2 m。橫梁為變截面預(yù)應(yīng)力混凝土梁，梁高2 m～2.165 m，厚0.3 m。橋塔為H形塔，高67 m，用C60混凝土澆筑。橋塔塔身采用箱形截面，橫向?qū)挾葹?00 cm，縱向?qū)挾?00 cm～700 cm。塔柱間用兩道Q345D鋼橫梁連接，其高度為3.6 m，寬度為2.5 m～3.5 m。斜拉索布置為空間扇形索面，斜拉索以豎向間距為1.5 m～3 m布置在塔上。另外，斜拉索與主梁連接錨固于縱梁外側(cè)錨塊上。

梁體采用C60混凝土，比較于常用的其他混凝土強(qiáng)度較高，另由理論可知，凡是收縮性大的混凝土其徐變值也大[6]。

總體布置圖見圖1。

2 結(jié)構(gòu)有限元分析

用Midas梁?jiǎn)卧＿^程中，模型共建立430個(gè)節(jié)點(diǎn)和375個(gè)單元，模型建立如圖2所示。

實(shí)際施工工序?yàn)椋簶蛩A(chǔ)及橋臺(tái)施工、搭設(shè)主梁支架、塔柱施工、主梁梁段澆筑、預(yù)應(yīng)力鋼束張拉、掛索并初張拉、小跨梁體配重、拆除臨時(shí)支架、橋面系及附屬工程施工、調(diào)整斜拉索索力。

2.1 收縮徐變對(duì)主梁撓度的影響

橋梁使用過程中，混凝土收縮徐變將導(dǎo)致主梁撓度值產(chǎn)生較大變化，各個(gè)時(shí)段收縮徐變對(duì)主梁位移的影響結(jié)果是不斷變化的，本文對(duì)主橋在初成橋、成橋3年、成橋10年進(jìn)行計(jì)算，得出了不同時(shí)段的主梁位移值，如圖3所示。

由圖3可知：

1)混凝土收縮徐變效應(yīng)對(duì)大跨跨中主梁截面附近影響最大，這是由于跨中附近混凝土加載齡期短。

2)以成橋時(shí)刻開始計(jì)算，在大跨跨中3年后主梁撓度為-12.1 cm，10年后為-17.2 cm，前3年發(fā)展結(jié)果占10年后總結(jié)果的70%，其后7年內(nèi)收縮徐變效應(yīng)發(fā)展明顯減緩。

2.2 收縮徐變效應(yīng)對(duì)成橋時(shí)刻主梁應(yīng)力的影響

在成橋時(shí)刻，收縮徐變伴隨著施工過程的進(jìn)行已經(jīng)有了一定程度的發(fā)展，主梁應(yīng)力受到收縮徐變的影響。成橋時(shí)刻，由收縮徐變這一因素主梁產(chǎn)生的應(yīng)力與所有應(yīng)力在橋梁縱向的分布情況如圖4所示。

由圖4可知：

1)混凝土收縮徐變效應(yīng)引起的主梁應(yīng)力分布趨勢(shì)與總趨勢(shì)基本一致，最大可占總應(yīng)力比重的25%。

2)在小跨15 m處出現(xiàn)了一定范圍長(zhǎng)度的拉應(yīng)力，且收縮徐變效應(yīng)也造成一小部分拉應(yīng)力，但并未超限。

2.3 收縮徐變效應(yīng)對(duì)預(yù)應(yīng)力的影響

受諸多因素影響，預(yù)應(yīng)力鋼筋在張拉過程和受力過程中會(huì)損失一部分應(yīng)力，例如:預(yù)應(yīng)力鋼筋本身材料造成的、張拉設(shè)備造成的、鋼筋松弛造成的、溫差影響造成的損失等。選取頂板束T1為例，表1給出了成橋10年后該鋼束一定位置處由于收縮徐變?cè)斐傻膿p失占總應(yīng)力損失的比例(表1中零號(hào)塊中心即T1鋼束長(zhǎng)度中心，中心左邊距離值為負(fù))。

表1 成橋10年T1鋼束收縮徐變損失

由表1可知：

1)成橋10年后，收縮徐變?cè)阡撌鴥啥瞬坎粫?huì)造成預(yù)應(yīng)力損失，而在鋼束其他位置造成的損失可高達(dá)50.4 MPa。

2)收縮徐變?cè)斐傻膿p失最高可達(dá)到總損失的25%，故這部分損失在總預(yù)應(yīng)力損失中的比重比較突出。

3 結(jié)語

隨著時(shí)間，收縮徐變效應(yīng)會(huì)對(duì)梁體位移、應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力等造成較為復(fù)雜的影響結(jié)果，本文得到以下結(jié)論：

1)主梁大跨跨中處收縮徐變對(duì)撓度可達(dá)8 cm左右的增幅，收縮徐變?cè)诔蓸蚝?年已完成絕大部分。說明收縮徐變?cè)谌珮蚝奢d因素當(dāng)中是很重要的一部分，收縮徐變預(yù)拱度設(shè)置時(shí)，收縮徐變引起的撓度需要足夠重視。

2)在成橋時(shí)刻，由于施工過程中混凝土收縮徐變效應(yīng)引起的主梁應(yīng)力占到總應(yīng)力的25%，在橋梁后期使用過程中這部分還會(huì)有一定程度的增幅。

3)成橋10年后收縮徐變?cè)斐傻念A(yù)應(yīng)力損失可達(dá)50 MPa，這部分損失在預(yù)應(yīng)力鋼束長(zhǎng)期效力的發(fā)揮中須得到重視。

[1] 聶 偉.新建預(yù)應(yīng)力混凝土梁上拱度研究[J].公路工程,2012(3):221-225.

[2] 衛(wèi)建軍.三跨變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的收縮徐變效應(yīng)[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào),2015(2):192-196.

[3] 王立峰,王子強(qiáng),劉 龍,等.大跨度矮塔斜拉橋收縮徐變效應(yīng)分析[J].公路工程,2013(4):58-60.

[4] 漆景星,候艷紅.混凝土收縮徐變對(duì)成橋后主梁變形影響研究[J].交通科技,2011(1):78-81.

[5] PAN Zhihua,NAKAMURA Hidemi,WEE Tionghuan.Shrinkage Behavior of High Performance Concrete at Different Elevated Temperatures under Different Sealing Conditions[J].Journal of Wuhan University of Technology-master,2006,21(3):138-141.

[6] 管延武.白河大橋高強(qiáng)混凝土收縮徐變?cè)囼?yàn)研究[D].重慶:重慶交通大學(xué),2007.

Studyonshrinkageandcreepofasymmetricsingle-towercable-stayedbridge

WangYongdong

(LanzhouJiaotongUniversity,Lanzhou730070,China)

Based on the Midas software of the Tianshuixi river bridge, the finite element model of the rod system is established, and the effect of shrinkage and creep on the deflection, beam stress and prestress of the main girder is analyzed when the bridge is established and within the next few years. The results show that at the time of bridge, due to the shrinkage and creep effect of concrete, the maximum stress of main girder can be 25% of the total stress of beam, after 10 years, the prestress loss caused by the shrinkage and creep effect is more than 50 MPa.

high-strength concrete, shrinkage creep effect, deflection, prestress loss

U448.27

：A

1009-6825(2017)24-0157-02

2017-06-13

王永東(1993- )，男，在讀碩士