结合梁桥面板混凝土收缩应力评定.pdf
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1、 桥梁建设2 0 1 4年第 4 4卷第 5期( 总第 2 2 8期) Br i dge Cons t r u c t i o n,Vo1 44,No 5,201 4 ( Tot a l l y No 22 8) 45 文章 编 号 : 1 0 0 3 4 7 2 2 ( 2 0 1 4 ) 0 5 0 0 4 5 0 6 结合梁桥 面板混凝土收缩应力评定 杨 忠 明 , ( 1 江苏省 交通 工程 建设 局 , 江 苏 南京 2 1 0 0 0 4 ;2 江 苏 高 波 省交 通规 划设 计 院股份 有 限公 司 , 江 苏 南京 2 1 0 0 0 5 ) 摘 要 :灌 河 大桥 为 钢
2、一混 结合 梁斜拉 桥 。为 分析 该桥 桥 面板 混 凝 土 收缩 应 力水 平 , 分 别通 过 试验 测 定和理 论计 算公 式 , 得到 混凝 土前 期 收缩应 变时程 曲线 和弹性 模 量 时程 曲线 , 根 据收 缩应 变结果 进行 有 限元模 拟 , 得 到 混凝 土前 期和后 期 收 缩应 力 , 并 对结 合 梁桥 面板混 凝 土的收 缩应 力进 行评定。结果表 明: 灌河大桥桥 面板混凝土前期收缩量和收 缩应 力的试验结果大于 J TG D6 2 2 0 0 4规 范公 式计 算 结 果 ; 采 用 杆 系模 型 得 到 桥 面板 混 凝 土 顺 桥 向后 期 收 缩 应
3、力 最 大值 为 1 5 MP a , 采 用板 壳模 型得 到桥 面板混 凝 土应 力最 大值 顺桥 向为 1 5 MP a 、 横桥 向 为 2 2 MP a , 需要 采 取 有 效措施 以减 小桥 面板 的收缩 应 力 。 关键词 : 斜拉桥 ; 钢一混结合梁; 桥面板 ; 混凝土 ; 收缩应力; 试验 ; 理论计算; 有限元法 中图 分类 号 :U4 4 3 3 1 文献标 志 码 : A Ev a l u a t i o n o f Co n c r t e t S h r i nk a g e S t r e s s o f Co m p o s i t e Gi r e d r
4、 De c k S l a b Y ANG Zho ng mi n g GAO Bo ( 1 J i a n g s u Pr o v i n c i a l Tr a n s p o r t a t i o n En g i n e e r i n g Co n s t r u c t i o n Bu r e a u,Na n j i n g 2 1 0 0 0 4 ,Ch i n a ; 2 J i a n g s u Tr a n s p o r t P l a n n i n g a n d De s i g n I n s t i t u t e Co ,Lt d ,Na n j
5、i n g 2 1 0 0 0 5,Ch i n a ) Ab s t r a c t : The Gua nhe Ri v e r Br i d ge i s a s t e e l a nd c onc r e t e c o mpo s i t e gi r de r c a bl e s t a y e d br i d ge To a na l y z e t he c o nc r e t e s hr i n ka g e s t r e s s l e v e l s o f t he d e c k s l a b o f t he b r i dg e,t he t i m
6、e hi s t o r y c u r ve s of t he e a r l y c o nc r e t e s hr i n ka g e s t r a i n a nd e l a s t i c mo du l u s we r e o bt a i ne d,r e s p e c t i v e l y u s i n g t h e t e s t me a s u r e me n t s a n d t h e t h e o r e t i c c a l c u l a t i o n f o r mu l a e B a s e d o n t h e me a
7、 s u r e me nt s of t he s hr i n ka g e s t r a i n,t he c or r e s po nd i ng f i ni t e e l e me n t s i m u l a t i o n wa s c on du c t e d,t he e a r l y a n d l a t e c o n c r e t e s h r i n k a g e s t r e s s wa s o b t a i n e d a n d t h e c o n c r e t e s h r i n k a g e s t r e s s o
8、 f t h e d e c k s l a b o f t he br i d g e wa s e v a l ua t e d The r e s ul t s o f t he e v a l ua t i o n s ho w t ha t t he t e s t me a s ur e me n t s o f t h e e a r l y c o n c r e t e s h r i n k a g e a mo u n t a n d s h r i n k a g e s t r e s s o f t h e d e c k s l a b a r e g r e a
9、 t e r t h a n t h o s e c a l c u l a t e d b y t h e f o r mu l a e i n t h e c o d e J TG D6 2 2 0 0 4 Th e ma x i mu m v a l u e o f t h e 1 a t e c o n c r e t e s h r i n k a g e s t r e s s i n t h e l o n g i t u d i n a l d i r e c t i o n o f t h e b r i d g e o b t a i n e d b y t h e l i
10、 n k mo d e l i s 1 5 M Pa wh i l e t he m a x i mum v a l ue of t he l a t e c o nc r e t e s hr i nk a ge s t r e s s i n t he l o ng i t ud i n a l di r e c t i on o f t he br i dg e o bt a i n e d b y t he p l a t e a nd s he l 1 mo de 1 i S 1 5 M Pa a nd i n t he t r a ns ve r s e d i r e c t i
11、 o n o f t he b r i d g e i s 2 2 MPa As f o r t h e e v a l u a t i o n o f t h e s h r i n k a g e s t r e s s ,t h e e f f e c t i v e me a s u r e s s h o u l d b e t a ke n t o r e du c e t he s t r e s s Ke y wo r d s:c a b l e s t a ye d br i d ge;s t e e l a nd c o nc r e t e c ompo s i t e
12、gi r d e r ; d e c k s l a b; c o nc r e t e; s h r i n k a g e s t r e s s ;t e s t ;t h e o r e t i c c a l c u l a t i o n ;f i n i t e e l e me n t me t h o d 1 前言 结 合 梁 桥 同 时 具 有 混 凝 土 结 构 和 钢结 构 的 优 点 : 建筑高度 小、 自重轻 , 且施 工方便 、 施工 速度 快 、 造价较低 。近年来, 国内修筑了大量的结合梁斜 收稿 日期 :2 0 1 4 0 5 0 6 作者简介 :杨忠明,
13、高级工程师, E ma i l : y z m8 4 8 5 7 1 6 3 t o m。研究方 向: 桥梁设计 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 6 桥梁建设B r i d g e C o n s t r u c t i o n 拉桥 。然而, 其 中一些结合梁斜拉桥在运 营过程 中 出现 了桥 面板 开 裂 的病 害 。对此 , 许 多学 者 对 混 凝 土抗 裂性 能开 展 了大 量 研 究_ 2 。通 过研 究 发 现 , 混凝 土 的收缩 、 徐 变会 导 致 组 合 截 面 上 钢梁 与 混 凝 土 板之 间发 生应 力 重 分 布 , 此 为
14、桥 面 板 开裂 的重 要 因素 。以往 研究 内容 主要 针对 混凝 土收 缩性 能和 抗裂性能, 对混凝土变形性能、 测试方法和控制指标 等方面关注较少 , 而高性 能混凝土 的抗裂性 能与传 统 混凝 土相 比具 有较 大差 异 , 需要 进行 针对 性研 究 。 本 文 以灌 河 大 桥 为背 景 , 根 据该 桥 设 计 和施 工 特 点 , 将桥 面板 混凝 土 收缩 应力 划 分 为 前 期 收缩 应 力 ( 预 制 阶段 ) 和 后期 收缩 应力 ( 桥 面板安装 后 ) 分别 进 行计 算 , 并 对 结合 梁 桥 面 板混 凝 土 的收 缩 应力 进 行 评 定 。 2 工
15、程 背景 灌河大桥主桥采用双塔双索面半飘浮体系结合 梁 斜 拉 桥 , 跨 径 布 置 为 ( 3 2 9 + l l 5 4 + 3 4 0+ 1 1 5 4 +3 2 9 )m。 主 梁 采 用 工 字 钢 梁 , 通 过 横 梁 、 小纵梁、 节点板和高强螺栓连接形成钢构架 。钢构 架上 架设 预制桥 面板 , 通 过 现 浇 膨胀 混 凝 土 湿 接缝 与钢 梁上 的 抗 剪 栓 钉 形 成 整 体 , 组 成 结 合 梁 体 系 。 主梁 全宽 3 6 6 m, 梁 高 3 O 8 3 4 1 m, 工 字 钢 纵 梁 中心 间距 3 4 m, 主梁 标准 横断 面如 图 1 所 示
16、 。 图 1 灌河大桥主梁标准横断面 Fi g 1 Ty p i c al Cr o s s S ec t i o n o f M a i n Gi r d e r o f Gua n he Ri v e r Br i d g e 单 位;c r fl 该桥 桥 面板 厚 2 8 c m, 全 宽 3 5 m, 采 用 C 5 0聚 丙烯纤维网混凝土, 除桥塔 附近和两端横梁位置采 用现浇外 , 其余位置均采用预制拼装桥面板。预制 桥面板横桥向划分为 4块, 纵 向划分长度为 3 4 m, 各 块段 通过纵 、 横 向现 浇湿 接缝形 成整 体 。 3 桥面 板 混凝土 前期 收缩 应力计 算
17、 3 1 桥 面板 混凝 土收缩 测 定试验 方法 灌 河大桥 桥 面板混 凝 土收 缩测 定 试 验 采用 1 5 0 mm2 8 0 mm5 0 0 mm 的棱柱体试件作为混凝土 收缩率测定的试件 。试模为卧式试模 , 外形尺寸为 6 5 0 ram( 长 ) 2 5 0 mm( 宽 ) 3 1 4 mm( 高) , 重量 约 为 7 0 k g 。 混 凝土 收 缩 测 定 的 试 件 在 3 d凝 期 内 应 带 模 ( 密闭) 养护 , 其后拆除密闭顶板进行恒温恒湿养护 。 恒温恒湿养护室温度 ( 2 0 1 ) , 相对湿 度 ( 6 O 5 ) 。试件 中聚丙烯纤维掺入量为 1
18、k g m。 。混凝 土收缩率测定装置如图 2所示 。 0 1 2 螺栓、 J 5 m m 橡胶垫 5 m橡胶垫 1 2 螺栓 d d d 4 混凝土试件 d d 内衬四氟薄膜 5 0 0 X2 8 5 5 四氟滑板 5 0 0 2 9 0 X5 四氟滑板 内衬四氟薄 膜 5 0 0 1 5 0 X5 四氟滑板 l 4 1 5 0 单位:m m 图 2 混凝 土收 缩 率 测定 装 置 示 意 Fi g 2 M e a s u r i ng De v i c e f o r Con c r e t e S h r i n ka g e Ra t e 3 2 桥 面板混 凝 土收缩 应变 时程
19、曲线 根据桥面板混凝土收缩的实测变化曲线计算混 凝 土前期 收缩 应力 , 同时对 比 J TG D 6 2 2 0 0 4规 范 公式 。 的计 算 结果 。混凝 土 收缩应 变 时程 曲线 的试 验结 果 和规 范计算 结果 比较 如 图 3所 示 。 2 0 0 1 8 0 1 6 0 1 4 0 1 2 0 1 0 0 嫖8 0 6 0 4 0 2 0 图 3 混凝土收缩应变时程 曲线 的试验和规 范计 算结果比较 Fi g 3 Co mp a r i s on o f Te s t e d a n d Co de Ca l c ul a t e d Ti me - Hi s t o
20、r y Cur v e s o f Con c r e t e S hr i n ka g e S t r a i n 由图 3可 知 , 实 测 混凝 土 的早期 收缩 应 变 大 于 规 范公 式 的计 算 结果 , 尤其 在开 始 的 3 d内 , 实 测混 凝 土收 缩应 变远 大于规 范公 式 的计算 结果 。 3 3混凝 土桥 面板前 期 收缩有 限元 模 型 采 用通 用有 限元 软件 ANS YS建 立 预 制桥 面板 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 结合梁桥面板混凝土收缩应力评定 杨 忠明 , 高波 4 7 前期 收缩 应力 计算 模 型 (
21、图 4 ) 。预 制桥 面板 尺 寸 为 横桥 向 7 m, 顺 桥 向 3 4 1T I , 板 厚 0 2 8 m。按照 设计 配筋 , 在桥面板顶、 底布置收缩约束钢筋 , 钢筋直径 为 2 5 mm( 纵 向 ) 、 1 6 mm( 横 向) , 钢 筋 网格 尺 寸 为 o 1 5 m0 1 5 m, 钢 筋 与 桥 面板 构 建 无 滑 移 连 接 。 外部约束条件满足桥面板各 向自由收缩。混凝土采 用 S o l i d 4 5实体单元模拟 ; 钢筋采用 B e a m4 4梁单元 模 拟 。混 凝 土收 缩 时 程 采 用 J T G D 6 2 2 0 0 4规 范 的数值
22、定 义和试 验 实 测 数 据 分 别 计算 ; 混凝 土 弹模 时程 曲线 采用 C E B F I P模 型 计算 的弹 模 结 果 。 计 算 中根 据混 凝土 收缩 应变 时程 曲线 和 弹性模 量 时 程曲线离散计算阶段 , 得 到任一时期混凝土的早期 收缩应 力 。在试 验 数据 的基 础上 通过 对预 制桥 面板 进行数值模拟 , 可得到桥面板早期收缩应力 的数值 。 y 图 4预制桥面板前期收 缩应 力计 算模 型 Fi g 4 Ca l c ul at i o n Mod e l f o r Ea r l y Sh r i nk ag e St r e s s o f Pr
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