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《郑州大学》 2011年
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折线先张法预应力混凝土梁徐变性能研究

王俊  
【摘要】:精确的徐变预测模式对桥梁结构设计或施工时的预拱度设置、运营期间桥梁线形的平顺度及高速行车的安全性等方面均有较大影响。折线形预应力混凝土先张梁兼有传统直线形先张梁和曲线形后张梁的优点,避免了后张梁施工时预留孔道灌浆不密实等质量缺陷,有着广阔的应用前景。因此,通过对折线先张法预应力混凝土梁的徐变性能进行研究,可准确的预估并控制徐变性能对该类桥梁结构的影响。本文将制作的三片折线先张预应力混凝土梁XPB1、XPB2、XPB3和一片抛物线后张预应力混凝土梁HPB1分成两组,分别放置在室内近似标准环境和室外自然环境中长期加载,四片梁的预应力度值均不相同,跨度均为7.5m。实时监测了四片梁施工阶段的预应力损失,定时观测了试验梁二次加载后跨中截面的长期变形约600天,完成了如下几方面研究: 1)对实时测定的三片折线先张预应力混凝土梁在施工阶段的各项预应力损失进行了研究,完善了折线先张预应力混凝土梁的预应力损失计算方法。指出该类梁预应力筋与转向装置处的摩擦损失σ11可根据本课题组的研究公式计算确定;施工阶段的其他各项预应力损失可参照我国《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中的规定进行计算。 2)研究了四片试验梁的徐变应变、徐变度、徐变函数及徐变系数的时程规律,指出环境条件和预应力度值对预应力梁的徐变性能影响较大,而钢束线形对徐变性能影响较小。结合其他学者对徐变系数的部分影响因素指标的量化成果,对折线先张预应力混凝土梁建立了考虑预应力度、混凝土加载龄期、构件截面尺寸、环境因素、混凝土强度及持荷时间等因素共同影响的“多系数法”徐变系数计算公式;并与ACI 209R-92、CEB-FIP MC90及我国“86成果”等模式对试验梁徐变系数的计算结果进行了对比;指出了本文“多系数法”徐变系数公式的计算误差为±10%。该公式可供折线先张预应力混凝土梁在进行与徐变性能相关的设计或施工时参考。 3)对试验梁不同时段跨中截面不同高度处的徐变应变实测值进行了研究。验证了“平截面假定”对长期荷载作用下预应力混凝土梁的适用性;指出了不同预应力度的梁在长期荷载作用下截面中和轴位置的移动变化情况;并建立了全预应力梁和部分预应力梁的徐变应变几何模型。以徐变曲率参数为纽带,运用解析法,推证了预应力度对预应力梁徐变挠度系数与徐变系数间数值关系的影响:对全预应力梁,徐变挠度系数大于徐变系数;对部分预应力梁,徐变挠度系数小于徐变系数。并采用有限元软件对三片折线先张预应力梁的徐变变形进行了非线性分析,进一步分析了预应力度对预应力梁徐变系数与徐变挠度系数数值关系的影响,验证了试验结论。 4)建立了预应力混凝土梁徐变挠度系数与徐变系数比值k的数学表达式和徐变挠度计算公式。k值表达式考虑了预应力度、预应力产生的轴向压力、预应力产生的弯矩、构件换算面积及构件截面抗弯模量等因素的共同影响。通过对系数k值表达式中各种影响因素的敏感性分析,指出了预应力度是系数k的决定性因素,而其他因素的影响较小;并进一步建立了当梁的预应力度值介于0.6~1.3时比值k的表达式和预应力混凝土梁的徐变挠度简化公式。 5)研究了试验梁长期挠度系数的时程规律。指出了环境因素、荷载因素等对预应力梁长期挠度系数值有一定程度影响,持荷时间是影响长期挠度系数值的主要因素。以“先天理论”为基础,对折线先张预应力混凝土梁建立了仅考虑持荷时间的“单因素法”长期挠度系数计算模式,并指出了该类梁长期挠度增大系数终值ηθ可取为2.15。 6)研究了三片折线先张预应力混凝土梁长期挠度系数和徐变挠度系数的数值关系,建立了考虑收缩和徐变共同影响的“多因素法”长期挠度系数表达式。并进一步建立了折线先张预应力混凝土梁“多因素法”和“单因素法”长期挠度计算公式;对两种公式进行了对比分析,指出了两种公式各自的适用范围,可供工程应用参考。
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