预应力混凝土斜拉桥施工过程中的收缩徐变效应

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发布时间：2021-09-04

资料介绍

预应力混凝土斜拉桥施工过程中的收缩徐变效应
马牛静，王荣辉，李平杰
(华南理工大学土木与交通学院，广东广州 510640)
摘要：针对预应力混凝土斜拉桥施工过程中复杂的收缩徐变效应，运用按龄期调整的有效模量法进行分析，并
根据线性徐变理论将混凝土的收缩徐变效应转化为等效节点荷载。分析过程中考虑预应力损失及普通钢筋的
影响，其中钢筋的影响通过极限平衡法进行计算。根据该方法编制斜拉桥施工阶段分析的计算程序，通过一片
预应力混凝土梁的徐变试验对该方法进行验证，结合荷麻溪大桥实际工程进行分析。针对荷麻溪大桥施工过程
中部分断面的高程及应力变化进行分析。分析结果表明：程序计算结果与施工监控实测值吻合较好，验证了该
方法的有效性及可靠性。
关键词：斜拉桥；施工；收缩；徐变；极限平衡法
中图分类号：U448．27 文献标志码：A doi：10．3969／j．issn．1001-8360．2013．04．014
Shrinkage and Creep of Prestressed Concrete Cable-stayed
Bridge in Construction
MA Niu—j ing。WANG Rong—hui，LI Ping—j ie
(School of Civil Engineering and Transp0rtation，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China)
Abstract：Due to the complicated effect of shrinkage and creep in construction of prestressed concrete cable—
stayed bridges，the age—adj usted effective modulus method was applied for analysis．The effect of shrinkage and
creep was translated into equivalent node loads by the linear creep theory．Losses of prestresses and effects of
regular reinforcement were considered in the analysis process，and the effects of reinforcement were calculated
with the limit equilibrium method．The calculation procedure was programmed with the above—mentioned meth—
od for analysis on construction of cable—stayed bridges．Verification was made by conducting a creep experiment
of a pretressed concrete beam．Then，referring to the construction project of the Hemaxi Bridge，elevations and
stresses of some sections were analyzed，and the measured results agreed well with the program analysis val—
ues．The proposed method is proved effective and reliable．
Key words：cable—stayed bridge；construction；shrinkage；creep；limit equilibrium method
近年来，斜拉桥作为大跨度桥梁的主要结构形式
之一，在设计理论与施工工艺方面都取得了很快的发
展。大跨度预应力混凝土斜拉桥通常采用悬臂施工方
法，随着主梁的延伸和拉索的张拉，结构的超静定次数
不断增加，结构对施工过程中各种因素影响的反应非
常敏感，这就使得斜拉桥的内力和变形分析比一般结
收稿日期：2O11—10—17；修回日期：2012-12 O7
基金项目：国家自然科学基金(50978105)
第一作者：马牛静(1986一)，男，江苏淮安人，博士。
E—mail：maniujing_l@163．corn
通讯作者：王荣辉(1959 )，男，湖南常德人，教授，博士。
E-mail：rhwang2002@ 163．com
构的桥梁要复杂得多。
对于大跨度预应力混凝土斜拉桥，除了要考虑
结构大变形等几何非线性的影响外，还必须进行混
凝土收缩徐变的分析。从1907年HATT首先观
测到混凝土徐变现象至今，国外学者MCHENRY、
BAZANT以及我国学者周履、陈永春等，针对徐变
这一课题开展大量工作，取得丰富的研究成果_1_3l。
随着预应力混凝土结构的广泛应用，人们认识到混
凝土徐变对预应力结构的影响更为明显，这些影响
包括预应力损失、结构内力重分布等。悬臂施工过
第4期预应力混凝土斜拉桥施工过程中的收缩徐变效应 91
程中，每个节段的混凝土单元龄期不同，斜拉索对
主梁的作用相当于是1个弹性支承。随着施工的
进行，超静定次数越来越高，前期继承下来的应力
状态所产生的收缩徐变变形增量受到后期结构的
约束，从而导致结构内力的变化。计算中必须计人
混凝土收缩徐变的影响，目的是预估其可能的危
害，同时为施工预拱度提供依据。此外，由于预应
力混凝土主梁不仅预应力作用比较明显，而且配筋
率亦较高，因此为了更准确地考虑收缩徐变效应，
需要同时考虑预应力损失及普通钢筋的影响。
l 收缩徐变的计算方法
对于预应力混凝土斜拉桥这种高次超静定结构，
施工过程中的收缩徐变效应不仅引起变形，而且还会
导致内力重分布。最初采用文献[3]提出的微分方程
求解法和代数方程求解法，但由于假设的偏差和较低
的计算效率，很快被有限单元法取代。考虑徐变的方
法以初应变法[4 和有效弹性模量法[6 居多。本文采
用按龄期调整的有效模量的有限元逐步分析法计算斜
拉桥施工过程中的收缩徐变效应。
1．1 徐变计算
大量试验研究表明，当混凝土中应力水平较小
[ <(O．4～O．5)fc]时，徐变行为基本上为线性，某一
时刻荷载增量引起的徐变基本上与先前荷载引起的徐
变无关，叠加原理有效。文献[3]首先将叠加原理应用
于混凝土徐变理论。由于桥梁施工过程中，工作应力
满足 < (O．4～0．5)f ，因此桥梁徐变效应基本上采
用线性徐变理论，且通常情况下其精度能满足工程要
求。
如图1所示，分析施工阶段徐变效应时，将施工过
程划分为个计算时段，初始时刻施加的初应力为
( )，以后各个时刻 (i一1，2，⋯ ， )施加的应力增
量分别为 (r )，每个时段△ (r!¨ )内的徐变应力
增量为AG( )。
图1 时间一应力关系图
这样任意时刻r 的徐变增量可以表示为
一
i-1垒 +
j = l r-1E
l da
d ×
[1+ (r ， )]dt (1)
式中：E为混凝土的弹性模量； (·)为徐变系数。
同样，时刻t一的徐变增量可以表示为
= = =
i 2
丁Lxa(ri)
⋯ + rj 击
[1+ (r 1， )]dt
则第i个时段rH —t的徐变增量为
×
(2 )
将式(1)、式(2)代入式(3)，并利用积分中值
定理得
△e ( )一妻 [ (r ，r )一 (r ，rJ)]+
[ })一 ( ， ]+
垒毒 (r ，r )+垒 El+p( ，r ) (r ，r )]
式中：t ≤ ≤t；如果计算采用的徐变系数表达式
中包含加载初期急变项，则 ( 一，r )不为0，徐变
系数可根据《公路钢筋混凝