混凝土收缩徐变效应对矮塔斜拉桥索力的影响.pdf
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1、第 3 9卷 , 第 1 期 2 0 1 4 年 2 月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 3 9,No 1 F e b, 2 0 1 4 混凝土收缩徐变效应对矮塔斜拉桥索力的影响 施静娴 , 冉志红 , 谢名娥 , 纪云涛 ( 云南大学 城市建设与管理学院 ,云南 昆明 6 5 0 0 9 1 ) 摘 要】矮塔 斜拉 桥是 介于斜拉桥和连续梁桥 ( 刚构) 之间的过度性桥梁 , 收缩徐变通过改变主梁竖 向位移 , 影响拉索伸长量大小 , 从而改变拉索 内力。选取了中 国、 欧洲 、 美国 、 日本规范 推荐使 用的混 凝土收缩徐 变六
2、种 常 用模型 , 对 云南境 内一座在建 的矮塔斜拉桥进行建模分析 。研 究发现 由于收缩徐 变效应 的影响 , 在运营 阶段 斜拉 索索力都有不 同程度的减小 , 各国模型的计算差异较明显 , 中国现行 的 0 4桥规的计算结 果并不是所 有规范中最不 利的情况 , 建议运 营阶段适 当提高索力的安全系数。 【 关键词 】矮塔斜拉桥 ;徐变 ; 收缩 ; 索力 中图分类号 】U 4 4 8 2 7 文献标 识码 】A 文章编号 1 6 7 4 0 6 1 0 ( 2 0 1 4 ) O l 一 0 0 1 4 0 5 Effe c t o f Co n c r e t e S h r i
3、n k a g e a n d Cr e e p Effe c t i o n o n t h e Ca b l e Fo r c e o f Ex t r a d o s e d Ca b l e - s t a y e d Br i d g e S HI J i n g x i a n,RAN Zh i h o n g,XI E M i n g e ,J I Yu n t a o ( S c h o o l o f U r b a n C o n s t r u c t i o n a n d Ma n a g e m e n t , Y u n n a n U n i v e r s i
4、 t y ,K u n mi n g ,Y u n n a n 6 5 0 0 9 1 ,C h i n a ) Ab s t r a c t E x t r a d o s e d C a b l e - s t a y e d B r i d g e i s a t r a n s i t i o n a l b r i d g e b e t w e e n c a b l e - s t a y e d b r i d g e a n d c o n t i nu o u s g i r d e r b r i d g e S hr i n k a g e a nd c r e e p
5、 i ng o f c o n c r e t e b y c h a n g i n g t he v e r t i c a l d i s pl a c e me n t o f g i r de r i n flu e nc e s t h e s i z e o f e l o n g a t i o n a nd c h a n g e s t h e c a b l e f o r c e Th i s a r t i c l e s e l e c t s s i x ki n d s o f c o rn mo nl y u s e d c o n c r e t e s h
6、 r i n k a g e a n d c r e e pi ng mo d e l s t h a t h a v e b e e n r e c o mme nd e d b y Ch i n a,Eu r o p e,t h e U n i t e d S t a t e s ,J a p a n s p e c i fi c a t i o n t o a n a l y s e e x t r a d o s e d C a b l e s t a y e d B r i d g e u n d e r c o n s t r u c t i o n l o c a t e d i
7、 n Yun n a n p r o v i n c e Ac c o r d i n g t o r e s e a r c h,we c a n k n o w t h a t b e c a u s e o f t he i n flu e n c e o f s h r i n k a g e a n d c r e e p i n g,t h e c a b l e f o r c e o f e v e r y s t a y e c a b l e h a s r e du c e d i n d i f f e r e n t d e g r e e s i n t h e o
8、 p e r a t i o n a l s t a g e Th e d i f f e r e n c e s b e t we e n t h e c a l c u l a t i o n o f a l l mo d e l s a r e o b v i o u s Th e c a b l e s t a y t e n s i o n c a l c u l a t i o n r e - s ui t s o f s p e c i fic a t i o n o f Ch i n a i n 2 0 0 4 i s n o t o ne o f t h e mo s t u
9、 n f a v o r a b l e s i t u a t i o n,S O t h i s a r t i c l e s u g g e s t t h a t we s ho u l d a p pr o p r i a t l y e n h a n c e t h e s a f e t y c o e f f i c i e n t o f t h e c a bl e f o r c e i n t h e o p e r a t i o n a l s t a g e Ke y w o r d s e x t r a d o s e d C a b l e s t a
10、y e d ; c r e e p ; s h r i n k a g e ; c a b l e f o r c e 0 引言 目前预应力混凝土梁桥 , 在运营阶段跨中下挠 问题突出。矮塔斜拉桥是介于斜拉 桥和连续梁桥 ( 刚构) 之间的过度性桥梁, 矮塔斜拉桥具备连续 刚 构桥特点 , 亦存在 主梁下挠问题 , 由于斜 拉索的作 用 , 矮塔斜拉桥主梁混凝 土的收缩徐变宏观表现 出 的变形量绝对值较小 , 但对属于高次超静定的矮塔 斜拉桥而言, 会发生内力重分布, 导致主梁弯矩变大、 拉索轴力变小 , 降低结构安全储备, 影响使用寿命 。 混凝土收缩徐变的机理 比较复杂, 是 目前还没 有
11、完全解决的课题。首先是收缩 、 徐变的数学模 型 众多, 计算结果差异较大; 其次是 即使是同种模 型, 参数的选取也有较大的范围。这些参数有些是按规 范选取的, 有些是通过实验得到的, 但是无论通过何 种形式 , 其准确性均不高。本文结合云南省第一 座混凝土矮塔斜拉桥 , 选取 国内外 6种规范推荐使 用 的计算模型进行建模分析 , 研究混凝土收缩徐变 对斜拉索索力的影响 “ 。 1 混凝土收缩、 徐变计 算理论 混凝土收缩 、 徐变的计算理论众多, 本文选取的 【 收稿 日期】2 0 1 3 0 3 1 8 基金项 目国家 自然科学基金项 目( 5 1 2 0 8 4 5 2 ) ; 云南
12、省教育厅基金 ( 2 0 1 0 Y 2 3 9 ) 作者 简介】施 静娴 ( 1 9 8 8 一) , 女 , 云南大理人, 在读硕士研究生 , 研究方向为桥 梁结构力学行为 、 施工控制。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 施静娴 , 等 : 混凝土收缩徐变效 应对 矮塔斜拉桥索力的影响 1 5 6种计算理论分别为 : 中国 J T J 0 2 3 8 5和 J T G D 6 2 2 0 0 4规范、 欧洲规范 C E B F I B 7 8和 C E B F I B 9 0模 型、 美国规范 AC I 2 0 9模型和 日本规范推荐使用的 计算模
13、型。各个模型的计算公式见表 l 。 中国 8 5桥规的计算公式与 C E BF I B 7 8模型 相 同, 只是在参数选择上有所区别, 模型是基于线性 徐变理论 , 模型认 为总 的徐变可 以通过各部分徐变 线性叠加得到, 故采用 累加的结构形式 , 由3部分徐 变累加得到总的徐变系数。 中国现行 0 4规范模型借鉴 C E BF I P 9 0模型 , 它不再对徐变进行具体 区分 , 而是采用一个 双曲幂 函数来描述徐变系数随时间的变化规律, 同时, 用一 个名义徐变系数来表示环境相对湿度 、 理论厚度 、 混 凝土强度、 加载龄期等参数变化对徐变系数的影响 , 并对徐变系数随时间变化规律
14、进行修正。模型采用 了连乘的结构形式。 A C I 2 0 9模型采用 双曲线 函数 , 该 模型徐 变系 数及收缩应变一致采用连乘 的形式 , 均表示为极限 徐变值或极 限收缩值与对应的随时间发展的系数的 乘积表达式 。 日本规范徐变模型采用相对滞后弹性变形徐变 和相 对流 变徐变 相 加 的 形式 ; 收 缩模 型采 用 基 本 收 缩应变乘以一个与时间相关的系数的形式。 本文 的计算基于表 1中的公式 , 各个参数 的选 择依据各个规范所述 , 采用 Mi d a s C i v i l 进行建模分 析 。 表 1 收缩徐变计算公式 Ta bl e 1 t h e f o r mu l
15、a o f c r e e p a nd s h r i nk a g e 注 : 公式 中各参数 的意义及数值选取可参见各 国规范 即文献 6l 2 。 2 工程算例 模型及参数 本文研究对象 四方桥 , 为向家坝水 电站一 绥江移民工程的市政建设项 目, 主桥 为 28 5 m的 矮塔斜拉桥 ; 西端设一孔 2 0 m现 浇筒支箱梁; 东端 设一联 3 2 0 m现浇连续箱梁 。桥宽 2 7 m, 桥长为 2 5 6 0 9 m。设计使用年限 1 0 0 a ; 安全等级 级 ; 地 震基本烈度 7 2度。抗震设防类别 B类。 四方桥主桥 , 采 用独塔单索面预应力混凝 土部 分斜拉桥结构
16、 , 立面布置 图如图 l所示 。主梁采用 单箱三室 大悬 臂 变截 面 P C连续 箱 梁 ( 如 图 2所 示) , 支点梁高 4 4 8 m, 跨 中梁高 2 5 8 m, 箱梁顶宽 2 7 m, 翼缘板悬 臂长 4 5 m。主塔采用 钢筋混凝土 独柱实心矩形截面, 顺桥向长 3 m, 横桥向宽 2 m, 布 置在中央分隔带上, 塔高 2 6 5 m。斜拉索为双排布 置在中央分隔带上 , 东西各 2 2对 , 共 4 4根, 在主梁 上纵向标准间距 4 m, 横向间距 1 m, 在塔上采用双 重钢管结构的鞍座通过 。主桥墩 为薄壁式墩 , 墩塔 梁采用固结形式。 四方桥的拉索采用高强度低
17、松 弛环氧钢绞线, 。 0 寻 【 0 - 0 o。 f 一 r : j ; 【 l l 图 1 四方桥立面 图( 单位: e m) F i g u r e 1 T h e e l e v a t i o n v i e w o f S i F a n g b r i d g e ( u n i t : c m) ( a )截面 f b ) 跨中截面 图 2四方桥主梁断面 图( 单位: c m ) F i g u r e 2 T h e p r o f i l e v i e w o f S i F a n g b r i d g e ( u n i t : c m) 学兔兔 w w w .x
18、 u e t u t u .c o m 1 6 公路工程 3 9卷 外包单层黑色 H D P E, 弹性模量为 1 9 5 E+0 5 MP a , 其他参数见表 2 。 表 2 四方桥斜拉 索计算参数 Ta b l e 2 T he c a b l e s t a y c a l c ul a t i o n p a r a me t e r o f S i Fa ng b r i d g e 注 : 东边 1 1 对斜 拉索参数与西边相同 , 索力差距在 1 2 k N, 由 于篇幅的限制 , 此处不再详细列表。 3 中国 O 4规范模 型索力计算结果 就矮塔斜拉桥而言, 收缩徐变通过改变
19、主梁竖 向位移, 影响拉索伸长量大小 , 从而改变拉索内力, 因此不可忽视收缩徐变效应对矮塔斜拉桥索力的影 响。本文选取国内外六种规范推荐使用的收缩徐变 计算模 型, 进行索力分析研究( 分析模型见图 3 ) 。 图 3 四方桥有限元计算模型 Fi g u r e 3 The e l e me n t c a l c u l a t i o n mo d e l o f S i Fa n g br i d g e 根据本算例的计算结果 , 由于混凝土矮塔斜拉 桥, 受力由索和梁共同承担, 因此在运营阶段由收缩 徐变效应 引起 的挠度 变形终 值 , 较连续 刚构 桥小 2 c m左右。本文选取
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