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徐变对预应力混凝土箱梁剪力滞效应的影响分析

罗文权  
【摘要】:剪力滞效应是薄壁箱梁重要的力学性能之一,徐变是混凝土在长期发展下不可忽视的特性。对于预应力混凝土箱梁而言,徐变必然对剪力滞效应有着影响。本文采用基于能量变分法提出的有限梁段法,综合考虑了预应力钢束、徐变对预应力混凝土箱梁剪力滞效应的影响,建立了相应的计算理论,为深入而详细地研究预应力钢束、徐变对箱梁剪力滞效应的影响提供思路。主要研究内容如下:(1)采用基于剪切变形规律定义的翘曲位移函数,通过有限梁段法来研究薄壁箱梁的剪力滞效应。取薄壁箱梁剪滞基本微分方程的齐次解作为梁段单元的位移模式,运用能量变分法,导出相应梁段单元的刚度矩阵和荷载矩阵。通过MATLAB编程后,分析了简支和连续2种形式的箱梁,计算其在预应力钢束等效荷载作用下的截面纵向应力,并与相应的数值模拟以及现场实测的结果对比,结果吻合良好。分析表明,本文有限梁段法可以用来分析薄壁箱梁的剪力滞效应,且剪力滞效应对薄壁箱梁截面纵向应力的影响是显著的。(2)对于预应力混凝土简支箱梁,考虑徐变导致预应力钢束荷载的损失后,分析了其徐变影响下的剪力滞效应。结果表明,跨中截面剪力滞效应并不明显,对比未考虑徐变的情况,上翼板压应力增大24.5%,下翼板压应力减小14.1%,同时剪力滞效应和徐变共同作用下使得跨中挠度增大1.73倍。(3)对于预应力混凝土连续箱梁,因施工体系转换而产生徐变次内力,导致内力重分配,进而发生应力重分配。先将《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中关于徐变系数的计算表达式拟合为指数函数,基于Dishinger方法,提出了徐变次内力的计算公式;同理将预应力钢束等效为外荷载,计算了其在徐变影响下的剪力滞效应。分析表明,在徐变影响下,跨中截面剪力滞效应并不突出,但在支座处截面剪力滞效应影响明显,对比未考虑徐变的情况,上翼板压应力增大16.5%,下翼板压应力减少25.3%,同时剪力滞效应和徐变共同作用下使得跨中挠度最大增大1.58倍。(4)利用ANSYS UPFs二次开发工具,对考虑徐变的预应力混凝土箱梁进行了数值模拟。对ANSYS提供的用户徐变子程序USER.CR进行了修改,使之能计算混凝土徐变。数值模型分析表明,ANSYS UPFs二次开发的计算结果与本文计算的结果两者吻合良好,可用于实际工程的计算。


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