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高墩大跨连续刚构桥的收缩徐变效应分析

汪维安  
【摘要】:收缩和徐变是混凝土作为粘弹性材料的一种固有的时变特性。正确地估计和预测收缩、徐变对高墩大跨桥梁结构的挠度和长期变形的影响,对指导工程设计、监控及施工进程具有重要的现实意义。 高墩大跨连续刚构桥是对收缩、徐变较为敏感的结构体系。对收缩、徐变效应的估算不足,会直接关系到节段施工中桥梁的合龙,同时影响到桥梁的正常使用寿命、美观及最终导致过早的桥梁维修。论文的主要目的是对悬臂节段施工的大跨度桥梁结构进行相对准确的收缩、徐变效应分析,通过建立有效的计算模型,提高该结构的收缩、徐变预测精度,为施工提供有效的监控数据,并为其长期时效变形观测提供可靠的分析及对比依据。 本论文的研究成果主要有: (1)在广泛收集国内外混凝土收缩徐变研究资料的基础上,结合目前对混凝土力学行为分析中的进展,对混凝土的收缩徐变机理、在非轴向应力条件下的徐变力学表现、收缩徐变的本质进行了深入的探讨;分析了影响混凝土收缩徐变的主要因素,特别是混凝土活性掺合料、普通钢筋和预应力钢筋的截面配筋及周期性反复荷载下对收缩徐变的影响;另外由于非线性徐变效应日益引起工程界的重视,重点论述了用于结构极限状态分析的非线性徐变破坏(损伤)模型。 (2)鉴于国外目前建立在大量试验数据及计算机优化处理基础上的混凝土收缩徐变预测模型的不断改进及更新,本文对主要的分析模型进行了计算比较,并与我国新的《公桥规》相比较,分析了其各自的适用范围及模型精度; (3)重点介绍了基于初应变法的组合截面收缩徐变分析理论,综合考虑了预应力钢束和混凝土的时效作用,提出了以梁单元横截面网格剖分为基础,分别计算梁单元横截面内每一个剖分三角形因收缩徐变、温度梯度分布、预应力钢筋松弛等时效因素引起的应变,从截面内力平衡入手,通过虚功原理和能量变分原理,推导出初应变引起的等效节点力荷载矩阵。在此基础上,用修正荷载项的方法计算出结构的时效变形,从而避免了按龄期调整有效模量法中不断修改总体刚度矩阵对计算效率的影响。 (4)考虑到收缩徐变效应分析中大量不确定因素的存在,本文引入随机有限元理论,通过对这些随机因素进行统计分析并作为输入变量,有效地计算模拟了不确定因素的混合随机响应。为了减少随机抽样的次数并保证蒙特卡罗法的数值模拟精度,对比引入了重要抽样法和拉丁超立方体抽样方法;同时为提高运算速度、节约机时及加快其收敛,本文采用了纽曼展开随机有限元法,并方便地同已有的有限元程序相结合。 (5)根据本文的收缩徐变分析理论,编制了相应的有限元分析程序TDPA,对广西龙滩布柳河大桥进行了全程时效分析,确定其合理的施工参数和受力状态,提供阶


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