预应力混凝土梁桥徐变次内力计算方法的探讨
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二次预应力混凝土组合梁徐变效应研究的开题报告开题报告题目:二次预应力混凝土组合梁徐变效应研究研究背景:随着经济的快速发展和城市化进程的加速,建筑工程对于高强度、高质量的混凝土结构需求日益增加。
在预制混凝土结构中,二次预应力混凝土组合梁因其具有较高的强度、刚度和耐久性,被广泛应用于高层住宅、公共建筑和大跨度预制体系等方面。
然而,随着时间的推移,混凝土往往会发生徐变现象,这种现象将对混凝土梁的荷载承载能力、刚度和变形等性能产生不利影响。
研究意义:因此,研究二次预应力混凝土组合梁徐变效应,探究混凝土受到荷载作用后的变形特性和材料性能,对于提高混凝土结构品质和工程安全性具有重要意义。
本研究旨在通过实验研究和计算分析,探究预应力后混凝土组合梁徐变特性的表现和影响,促进混凝土结构的可靠性和适用性提高。
研究内容:1.文献综述并提出问题:对二次预应力混凝土组合梁在荷载作用下的徐变特性进行梳理并提出研究问题。
2.实验设计及参数选择:选定试件模型和试验参数,并确定荷载模式、试验条件和检测方法等,整理相关数据。
3.试验方案的执行:按照设计方案进行混凝土梁的预应力施加和模拟荷载的施加,记录并分析其成果。
4.数据处理和分析:对试验数据进行处理和分析,获得混凝土梁徐变性能的定量表达式和图表,评估徐变后混凝土梁的性能退化程度。
5.结论与展望:根据实验结果,得出相应的结论和建议,并展望研究的未来发展方向,并为混凝土结构之设计、工程施工环节提供指导性意见。
研究方法:本研究将采用试验研究和理论计算相结合的方法,先对二次预应力混凝土组合梁徐变特性进行初步研究,然后结合理论分析对试验结果进行定量表达,通过诊断分析得出健康混凝土和徐变混凝土梁组织结构的差异性和变化趋势,促进混凝土结构的材料特性和力学性能的深度认识和提高。
预期成果:通过本研究,预期可以得出二次预应力混凝土组合梁徐变效应的特点和表现,以及其对于荷载承载能力、刚度及变形等性能的影响,并提出有效的改进措施,为混凝土结构的设计和工程实践提供可靠的参考和指导。
桥梁工程 第二分册混凝土桥v2011第三章 PC混凝土连续梁桥与连续刚构桥课程作业二:温度应力计算与预应力次内力计算作业要求: 1.按知识点内容及例题完成作业计算。
按 识点内容 例题完成作 计算 2.提交计算报告(网上提交),格式见附件。
3.提交时间: 11月18日前网上提交。
4.其它要求和提示见后面内容。
特别提示• 本课程作业约4次;作业成绩占课程成绩 次 作业成绩占课程成绩30%。
• 在完成要求的全部作业的情况下,取作业成绩最好的两 次求平均值后计入课程成绩。
1作业内容第1题:温度自应力计算(1)下图所示的装配式简支T梁截面,主梁混凝土采用 C50 弹性模量为3 45X104MPa。
试按照《公路钢筋混 C50,弹性模量为3.45X10 MP 试按照《公路钢筋混 凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ 023-85)中的 不均匀温度分布中的顶板升温模式 计算T型截面内的温 不均匀温度分布中的顶板升温模式,计算T型截面内的温 度自应力大小,并绘制出沿截面高度的温度自应力分布图。
提示:可根据温度自应力的理论公式计算或参考教材中对85规范中的温 度自应力简化计算公式开展计算。
2作业内容T=5°C 高度仅为 顶板范围附图1:T梁的跨中断面 (单位:cm)附图2:85桥规的顶板升温模式3作业内容第1题:温度自应力计算(2)〔选作题〕上题截面试按照《公路桥涵设计通用规 范》(JTG D60 D60-2004)中的不均匀温度分布中的顶板升 2004)中的 均匀温度分布中的顶板升 温模式(正温差),计算T型截面内的温度自应力大小, 并绘制出沿截面高度的温度自应力分布图 已知本桥的桥 并绘制出沿截面高度的温度自应力分布图。
已知本桥的桥 面铺装采用水泥混凝土铺装层。
计算可参考《公路钢筋混 凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 凝 及预应力混凝 桥涵设计规范》( D62-2004) ) 附录B。
浅谈超静定预应力混凝土结构次内力的影响摘要:本文阐明了有关预应力引起“次内力"的研究的意义及研究现状,从次内力的基本概念出发,对国内外几种常见的计算次内力的方法进行了比较研究。
同时本文还详细介绍了超静定预应力混凝土结构次内力的影响。
最后进行了次内力的合理利用研究,从次内力的影响因素方面提出了相关的设计建议。
关键词:预应力混凝土结构;超静定结构;次内力;合理利用;影响1 有关次内力的研究意义及研究现状次内力是超静定预应力混凝土结构的重要特征,它的“次”字,意喻此项内力是预应力超静定结构建立有效预应力时的次生物,但应注意的是常常“次内力”在量级大小上并不次要,对杆件的抗裂度和强度有不容忽视的影响。
国内外结构设计规范中对预应力次内力的考虑经历了一个从无到有的过程:规范GBJ10-89及之前的规范没有考虑次内力的影响;在规范JGJ/T92-93中只考虑了次弯矩对结构的影响,而没有考虑次剪力和次轴力的影响;GB50010-2002中规定,后张法预应力混凝土超静定结构,在进行正截面受弯承载力计算及抗裂验算时,在弯矩设计值中次弯矩应参与组合;在进行斜截面受剪承载力计算及抗裂验算时,在剪力设计值中次剪力应参与组合。
可见在目前的规范中,已经重视预应力效应作用,明确规定要考虑次内力影响。
但是,在预应力作用下,对于平面杆系结构来说,次内力包括次弯矩、次轴力和次剪力;而对于空间结构而言,还包括次扭矩。
可是目前的规范规定的预应力效应包括预加力产生的次弯矩、次剪力,而没有考虑次轴力、次扭矩的作用。
因此,对于现代预应力混凝土结构,尤其是有约束的预应力混凝土结构,若按现行常规设计是有其不足的,不能满足预应力混凝土结构计算的要求。
2 次内力的基本概念预应力对超静定和静定结构作用的根本区别在于预应力作用对超静定结构产生了次内力。
在预应力混凝土超静定结构中,所施加的预应力而产生的附加内力,称为预应力次内力。
可以从两个角度去认识预应力作用在超静定结构中引起的次内力。
预应力混凝土连续梁设计计算书第1章绪论1.1预应力混凝土连续梁桥概述预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、造型简洁美观、养护工程量小、抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一。
本章简介其发展:由于普通钢筋混凝土结构存在不少缺点:如过早地出现裂缝,使其不能有效地采用高强度材料,结构自重必然大,从而使其跨越能力差,并且使得材料利用率低。
为了解决这些问题,预应力混凝土结构应运而生,所谓预应力混凝土结构,就是在结构承担荷载之前,预先对混凝土施加压力。
这样就可以抵消外荷载作用下混凝土产生的拉应力。
自从预应力结构产生之后,很多普通钢筋混凝土结构被预应力结构所代替。
预应力混凝土桥梁是在二战前后发展起来的,当时西欧很多国家在战后缺钢的情况下,为节省钢材,各国开始竞相采用预应力结构代替部分的钢结构以尽快修复战争带来的创伤。
50年代,预应力混凝土桥梁跨径开始突破了100米,到80年代则达到440米。
虽然跨径太大时并不总是用预应力结构比其它结构好,但是,在实际工程中,跨径小于400米时,预应力混凝土桥梁常常为优胜方案。
我国的预应力混凝土结构起步晚,但近年来得到了飞速发展。
现在,我国已经有了简支梁、带铰或带挂梁的T构、连续梁、桁架拱、桁架梁和斜拉桥等预应力混凝土结构体系。
虽然预应力混凝土桥梁的发展还不到80年。
但是,在桥梁结构中,随着预应力理论的不断成熟和实践的不断发展,预应力混凝土桥梁结构的运用必将越来越广泛。
连续梁和悬臂梁作比较:在恒载作用下,连续梁在支点处有负弯矩,由于负弯矩的卸载作用,跨中正弯矩显著减小,其弯矩与同跨悬臂梁相差不大;但是,在活载作用下,因主梁连续产生支点负弯矩对跨中正弯矩仍有卸载作用,其弯矩分布优于悬臂梁。
虽然连续梁有很多优点,但是刚开始它并不是预应力结构体系中的佼佼者,因为限于当时施工主要采用满堂支架法,采用连续梁费工费时。
到后来,由于悬臂施工方法的应用,连续梁在预应力混凝土结构中有了飞速的发展。
混凝土受徐变作用的标准化计算方法混凝土受徐变作用的标准化计算方法引言混凝土是一种常见的建筑材料,具有广泛的应用领域。
然而,随着时间的推移,混凝土中的一些成分会发生变化,导致其性能随之改变,其中之一即为徐变。
徐变是指材料在长时间持续荷载下,由于材料粘滞性的存在,导致材料的应变逐渐增加的现象。
混凝土的徐变性能对其使用寿命和耐久性有着重要影响。
因此,混凝土受徐变作用的标准化计算方法是建筑工程中不可或缺的一部分。
一、混凝土徐变的概念和影响因素1.1 混凝土徐变的概念混凝土徐变是指在长时间持续荷载下,由于混凝土中的水泥胶体分子间的相互作用力和内部混凝土骨架的摩擦力等因素的存在,导致混凝土的应变逐渐增加的现象。
1.2 影响混凝土徐变的因素混凝土的徐变性能受到多种因素的影响,包括:(1)荷载大小和持续时间:较大的荷载和较长的持续时间会导致混凝土徐变更加明显。
(2)温度变化:温度变化会引起混凝土的收缩和膨胀,从而影响其徐变性能。
(3)水泥品种和用量:不同种类和用量的水泥会对混凝土的徐变性能产生不同的影响。
(4)骨料种类和粒径:不同种类和粒径的骨料会影响混凝土的内部结构和孔隙度,从而影响混凝土的徐变性能。
(5)混凝土配合比和浇筑工艺:不同的混凝土配合比和浇筑工艺会影响混凝土的密实度和内部结构,进而影响混凝土的徐变性能。
二、混凝土徐变的计算方法2.1 徐变试验混凝土徐变试验是评价混凝土徐变性能的基本方法。
常见的徐变试验方法包括:恒定荷载试验、恒定应变试验和蠕变试验。
(1)恒定荷载试验:在混凝土试件上施加恒定荷载,测定试件在荷载下的应变随时间的变化曲线,从而评价混凝土的徐变性能。
(2)恒定应变试验:在混凝土试件的顶端施加恒定应变,测定试件在应变下的应力随时间的变化曲线,从而评价混凝土的徐变性能。
(3)蠕变试验:在混凝土试件上施加恒定荷载,同时施加恒定应变,测定试件在荷载和应变作用下的应变随时间的变化曲线,从而评价混凝土的徐变性能。
预应力桥梁的徐变及措施分析摘要:对预应力混凝土桥梁徐变效应进行了分析,指出预应力混凝土桥梁的徐变具有不确定性和实效性两个特点。
徐变的时效性和不确定性也决定了对于桥梁的徐变的计算很难得到精确值。
为改善预应力混凝土桥梁的徐变值,建议从设计阶段和施工阶段改善桥梁的徐变。
关键词:预应力桥梁;徐变效应;时变性;不确定性中图分类号:u445.47+1 文献标识号:a 文章编号:2306-1499(2013)04-(页码)-页数1.前言近年来,随着预应力混凝土的研究开发与发展,预应力混凝土的应用也越来越广泛。
其中预应力混凝土在桥梁中的应用也日益普遍。
预应力混凝土桥梁在各国混凝土桥梁中均占到很大的比例。
预应力混凝土桥梁凭借其跨越能力强,行车舒适、施工技术成熟、工程造价低、养护简单等等诸多优点,在各种桥梁中处于竞争优势地位。
然而随着预应力混凝土桥梁的飞速发展,桥梁的收缩徐变问题也越来越突出。
一直以来预应力混凝土桥梁的收缩徐变问题一直是桥梁界研究的热点问题。
2.预应力混凝土桥梁徐变效应在长期荷载作用下,混凝土的变形随着时间不断增长的现象称为混凝土的徐变。
徐变是混凝土的时变性质,徐变贯穿预应力混凝土桥梁的建设及整个服役期,徐变按照时间的改变而改变。
预应力混凝土桥梁的徐变效应主要体现以下几个方面:(1)混凝土和钢筋的应力应变随着时间的变化而变化。
预应力混凝土桥梁在使用过程中由于混凝土的自由徐变受到钢筋的约束,同一混凝土截面上的混凝土及钢筋的应力将随着时间的变化而发生应力重分布。
(2)桥梁的挠度或者上拱度随着时间的变化而变化。
预应力混凝土桥梁在自重及预应力作用下,截面不均匀受压,混凝土的徐变将导致桥梁的曲率随着试件的变化而递增,桥梁的挠度或者拱度随着时间的增加而增加。
(3)在荷载持续作用下,徐变降低和预应力混凝土桥梁截面的刚度。
在荷载持续作用下,混凝土的徐变使得混凝土的应变增加,降低了混凝土的应力与应变比,桥梁截面的有效刚度也随着时间而降低,从而导致桥梁上拱或者下挠。
预应力混凝土T梁徐变及其上拱度计算的开题报告【摘要】预应力混凝土T梁作为现代桥梁结构中的一种重要构件,在设计和施工过程中,徐变与上拱度的计算是必不可少的环节。
本文通过文献调研,结合国内外相关规范和标准,在了解预应力混凝土徐变和上拱度原理的基础上,以一座实际桥梁为例进行计算分析。
结果表明,徐变和上拱度对预应力混凝土T梁的设计施工具有重要影响,需要在设计施工中严格按照规范要求进行计算和控制。
【关键词】预应力混凝土;T梁;徐变;上拱度一、背景和意义T梁是现代桥梁结构中的一种重要构件,具有横向承载能力强、梁高小、自重轻、施工便捷等优点。
预应力混凝土作为桥梁结构材料的一种,可以充分发挥其强度高、耐久性好、加工性能好等特点。
在预应力混凝土T梁的设计和施工中,徐变和上拱度的计算是必不可少的环节,它们对T梁的承载能力和使用寿命都具有重要影响。
二、文献调研预应力混凝土徐变和上拱度的计算是近年来国内外学者关注的热点问题。
文献[1]指出,预应力混凝土的徐变是由于预应力损失和混凝土本身的徐变引起的。
预应力损失又分为初始应力损失、长期应力损失和瞬间应力损失。
文献[2]介绍了预应力混凝土梁的上拱现象,即在正常使用荷载下,梁底产生轻微的上拱,然后逐渐消失。
上拱现象与预应力混凝土的特性有关,尤其是预应力的大小和分布情况。
文献[3]总结了国内外有关预应力混凝土T梁徐变和上拱度计算的一些研究成果和经验。
三、计算分析本文以一座实际桥梁为例,进行预应力混凝土T梁徐变和上拱度的计算分析。
首先,根据规范和标准,确定工作状态下的应力、计算单位长度预应力损失、徐变系数等参数,然后进行徐变计算和上拱度计算。
最后,对计算结果进行分析和比较。
四、结论与展望通过计算分析,本文得出了预应力混凝土T梁徐变和上拱度的计算结果,并对其进行了分析和比较。
结果表明,徐变和上拱度对预应力混凝土T梁的设计施工具有重要影响,需要在设计施工中严格按照规范要求进行计算和控制。
预应力混凝土连续梁桥的计算原理 1 绪论 本毕业设计主要是关于大跨度预应力混凝土连续梁桥结构的设计,预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、造型简洁美观、养护工程量小、抗震性能强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一。与同等跨径的简支梁桥相比,连续梁桥的截面控制弯距得以减少,同时由于采用平衡悬臂施工方法,使桥梁单跨跨径得以增大,从而在近二十余年来连续梁桥得到广泛的应用。因此,本次毕业设计关于连续梁桥的设计对今后的走上工作单位有着极其重要的意义。 本设计主要为渭河特大桥的设计,其中桥梁跨度为40+64+40 m,全长144 m,桥面宽6.9 m。设计荷载标准:铁路中--活荷载;桥面纵坡:0% (平坡);桥面横坡:±1.5%;桥轴平面线型:曲线。主梁采用悬臂挂篮对称施工,共划分为五个阶段。第一阶段:在支架上施工中间墩顶0#块和1#块;第二阶段:在0#、1#块上张拉预应力钢筋并安装好挂篮,然后悬臂向外依次浇筑2#块、3#块……并张拉预应力钢筋,直到最大悬臂,同时在悬臂浇筑即将完成的时候,在两端搭支架浇筑边跨部位的4个单元;第三阶段:边跨合拢;第四阶段:中跨合拢,拆除挂篮,由边跨向跨中对称进行桥面铺装;第五阶段:竣工验收,交付运营使用阶段。本桥设4个支座,其中第一个支座为固定铰支座,其余为活动铰支座。在本设计过程中我们主要进行了以下几个方面的工作: 1、依据设计资料初步拟定主梁截面尺寸; 2、进行内力(恒载内力、活载内力)计算; 3、力筋的计算与布置; 4、预应力损失及有效预应力的计算; 5、关于预加力引起的结构次内力讨论; 6、主梁截面强度计算; 7、主梁抗裂性检算; 8、弹性阶段应力的计算与验算。 由于本次毕业设计选用的是变截面的连续梁,计算非常烦琐,故在计算时采用电算。设计中所有程序均没有在正文中具体给出,而是直接输出计算结果。另外本次设计的计算数据与桥梁设计软件桥梁博士,计算所有得到的数据进行比较,以检查正确性。 2 方案比选及箱梁尺寸拟订 2.1设计说明 (1)新建时速200公里客货共线路铁路设计占行规定(铁建设函(2003)439号) (2)铁路桥涵设计基本规范(TB10002.1-99) (3)铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范(TB10002.3-99) (4)铁路桥涵地基和基础设计规范(TB10002.5-99)
预应力混凝土桥梁的计算方法(全文)预应力混凝土桥梁的计算方法引言:预应力混凝土桥梁是现代桥梁工程中一种重要的结构形式,其使用预应力钢束或钢筋对混凝土构件施加预压力,以提高桥梁的承载能力和抗震性能。
为了确保预应力混凝土桥梁的设计和施工质量,本文将介绍预应力混凝土桥梁的计算方法。
一:材料的选择与试验1.1 混凝土材料的选择与试验1.2 预应力钢材料的选择与试验二:桥梁的基本参数确定2.1 桥梁的跨度和净高确定2.2 桥梁的净宽和路面铺装厚度确定三:桥梁的荷载计算3.1 桥梁的静态荷载计算3.2 桥梁的动态荷载计算四:桥梁结构的分析与设计4.1 桥梁的受力分析4.2 桥梁的截面设计4.3 桥梁的构造设计4.4 桥梁的施工节点设计五:桥梁的施工工艺5.1 预应力混凝土桥梁的施工方法5.2 预应力钢筋的张拉和锚固六:桥梁的监测与维修6.1 桥梁的监测方法6.2 桥梁的维修与加固七:案例分析7.1 某预应力混凝土桥梁的设计与施工7.2 某预应力混凝土桥梁的监测与维修结论:通过对预应力混凝土桥梁的计算方法的介绍,可以看出,在设计和施工过程中需要考虑材料的选择与试验、桥梁的基本参数确定、桥梁的荷载计算、桥梁结构的分析与设计、桥梁的施工工艺、桥梁的监测与维修等一系列问题。
只有全面了解和掌握这些计算方法,才能确保预应力混凝土桥梁的设计和施工质量。
附件:1. 桥梁设计图纸2. 材料试验报告3. 桥梁施工工艺流程图法律名词及注释:1. 预应力钢束:指用于对混凝土构件施加预压力的钢材束。
2. 钢筋:指用于加强混凝土构件的钢材。
预应力混凝土桥梁的计算方法引言:预应力混凝土桥梁是一种重要的现代桥梁结构形式,通过施加预压力对混凝土构件进行预应力,提高桥梁的承载能力。
为确保预应力混凝土桥梁的设计和施工质量,本文将介绍预应力混凝土桥梁的详细计算方法。
一:材料试验1.1 混凝土材料的试验方法和标准1.2 预应力钢材料的试验方法和标准二:桥梁参数确定2.1 桥梁净高和跨度的确定2.2 桥梁净宽和路面铺装厚度的确定三:荷载计算3.1 静态荷载计算方法和规范3.2 动态荷载计算方法和规范四:结构分析与设计4.1 桥梁的受力分析4.2 桥梁截面设计4.3 桥梁构造设计4.4 桥梁施工节点设计五:施工工艺5.1 桥梁施工方法和流程5.2 预应力钢筋的张拉和锚固技术六:监测与维修6.1 桥梁监测方法和设备6.2 桥梁维修与加固技术七:案例分析7.1 某预应力混凝土桥梁的设计和施工7.2 某预应力混凝土桥梁的监测和维修结论:本文介绍了预应力混凝土桥梁的计算方法,包括材料试验、桥梁参数确定、荷载计算、结构分析与设计、施工工艺、监测与维修等方面。
桥梁结构收缩徐变效应分析方法摘要:随着大跨预应力混凝土梁桥的迅速发展,促使桥梁收缩和徐变影响的分析和计算成为结构设计人员越来越关心的问题,因此徐变计算理论和方法得到了不断发展。
本文综述了徐变的各种分析方法以及现在常用的各种方法,并对这些方法进行了简要评述,随后讨论了徐变计算的发展方向。
关键词:预应力混凝土梁桥,混凝土,收缩徐变,分析方法收缩徐变效应分析方法的基本假定由混凝土徐变引起的结构徐变变形和结构次内力计算,因各种客观因素的复杂性,要精确分析是十分困难的,特别是对于处于自然环境中的实际桥梁的收缩徐变效应分析,甚至可以说是不可能的,因此在实际的桥梁设计阶段,分析中一般采用以下基本假定:不考虑结构内配筋的影响,把结构当作是素混凝土,这对预应力混凝土结构含筋率较小的情况下是适用的;混凝土的弹性模量假定为常值,试验证明,混凝土的弹性模量随时间变化而变化,一般可增加10-15%,但考虑到徐变系数的计算值中已部分包括了这一因素,可取常值计算;应力的数值低于混凝土强度的40~50%左右,或者是说在工作应力范围之内,采用徐变线性理论,即徐变应变与应力成正比关系的假定,由此“力的独立作用原理”和“应力与应变的叠加原理”等均在此适用。
在叠加原理和线性徐变假设条件下,总应变可表示为:(1)式中:为初始预应力的张拉时刻和干燥开始的时刻;为预应力发生变化的时刻,在和之间。
上式中的第一项为初始预应力的弹性应变和徐变应变,第二项为在每一个时间段内由于预应力的变化和外加荷载引起的弹性应变和徐变应变,第三项为收缩应变和温度应变。
经典徐变分析方法最早的徐变计算方法是McMillan于1916年提出有效模量法,后来的研究者在此基础上不断提出了几种更加复杂的方法。
这些方法基本是通过使用柔度函数的简化形式进行结构的徐变分析,如徐变率法、流动率法等多种方法,随后Bazant 和Panula基于当时大量的徐变数据对徐变计算方法进行了系统分析,认为前面提到的几种方法总体上不如有效模量法准确,当时提出这些方法的主要目的是将徐变求解的积分方程转化为代数线性方程TPTP。
预应力次内力的主动控制探讨摘要:冗余约束导致框架结构在预应力作用下产生次内力,本文从次内力的基本概念入手,介绍了次内力常用的传统计算方法。
针对目前其荷载效应研究状况,从部分设计者被动计算次内力影响的显示情况,提出一些主动控制次内力的探讨。
关键词:预应力次内力主动控制1 次内力的基本概念在预应力作用下,静定结构与超静定结构的最大区别在于预应力作用对超静定结构产生了次内力。
次内力是预应力超静定结构在建立有效预应力时的次生物,而不是说次弯矩一定比主弯矩小或不重要,实际上它对杆件的抗裂度和强度有不容忽视的影响。
我们可以从两个角度去认识预应力作用在超静定结构中引起的次内力。
(1)由于超静定结构受到预应力作用时将会产生变形的趋势,而这种变形趋势由于受到结构冗余支撑系统的约束,从而在这些冗余约束处产生了次反力,这些次反力在结构中引起的内力即为次内力。
(2)将静定结构或超静定结构的静定基本结构体系在预应力作用下产生的内力成为主应力,将预应力作用在整个结构中产生的结构内力称为综合内力,所以综合内力与主内力之差即为次内力,综合内力就是主内力和次内力之和,亦即预应力引起的结构内力。
2 次内力常用的传统计算方法按不同的计算原理,次内力计算方法主要包括:等效荷载法、弯矩面积法、共轭梁法、固端弯矩法、约束次弯矩法以及约束次内力法等。
等效荷载法采用自平衡原理,将预应力对结构的作用变换为等效的外荷载作用于结构上,计算预应力作用下的结构综合内力,然后根据间接方法“次内力=综合内力-主内力”的关系求出次内力。
该方法可求解各种结构的次内力,是目前最常用的计算方法。
弯矩面积法采用力法原理,将多余约束去掉得到原结构的基本体系,根据“基本体系在次反力及主弯矩作用下沿次反力方向的位移与原结构相同”的原理来建立力法基本方程,计算次反力,进而计算次弯矩和次剪力。
该方法可计算连续梁的次弯矩。
共轭梁法采用共轭梁原理,首先根据实梁确定虚梁,其次将实梁的综合弯矩的正负号改变作为虚梁的虚荷载。
预应力混凝土梁桥徐变次内力计算方法的探讨 黄祖华 房贞政 (福州大学土建学院,福州 350002)
摘 要 本文介绍了狄辛格(Dischinger)方法、Tröst-Bazant方法、采用位移法的有限元逐步分析法等三种目前常用的预应力混凝土桥梁结构徐变次内力分析方法;并通过一个实例,针对三种分析方法的计算结果作了比较,说明应用我国现有规范的徐变系数计算模型进行徐变分析是符合实际的。 关键词 预应力砼梁桥 徐变 次内力 分析方法
混凝土徐变效应分析,是预应力混凝土桥梁结构设计和大跨度悬臂施工控制的一项重要内容。混凝土的徐变对结构的变形、结构的内力分布和结构截面(在组合截面情况下)的应力分布都会产生很大的影响,徐变产生的变形甚至可以高达持续荷载产生的瞬时变形的3~5倍。预应力混凝土超静定结构,由于混凝土徐变变形受到结构多余约束的制约,因而导致结构产生徐变次内力。预应力混凝土超静定结构徐变次内力的分析方法主要可分为三类:(1)狄辛格(Dischinger)方法;(2)BazantstoTr方法;(3)采用位移法的有限元逐步分析法。 1 狄辛格(Dischinger)方法[1]
应用老化理论,徐变系数变化规律采用狄辛格公式,不考虑徐变的滞后弹性效应。狄辛格方法就是在时间增量d内建立增量变形协调微分方程求解结构徐变次内力。 狄辛格(Dischinger)微分方程为: ,tdEEdd …………(1) 式1的物理意义是,在d时间增量内,总应变增量等于应力增量d引起的弹性应变增量与应力状态引起的徐变应变增量。式中,可分解为时刻的初始应力值0与因徐变引起的变化量c。 ,0tddxEIMMdxEIMtdMdlKlKkp +,tddxEIMtMk …………(2) 式2即为在时间增量dt内结构总变形增量的计算公式。其中,0M为结构的初始内力,pkkMMXM00,0kX为结构k点的初始内力,pM为外荷载p在基本结构上产生的内力;kM为赘余力ktX=1在基本结构上引起的弯矩,kktMXtM。 沿任一多余约束方向的变形协调条件为: 0kpd …………(3) 即: ,0tddxEIMMdxEIMtdMlKlK +,tddxEIMtMk=0 ……(4)
式3就是狄辛格(Dischinger)增量变形协调微分方程,表示在时间增量内,沿多余约束方向(一般为外部支座)的变形协调条件。 狄辛格法当采用老化理论时,对后期加载的长期徐变效应估计过低,而对递减荷载的长期徐变效应又估计过高,但比较符合初期加载的情况。狄辛格法当采用先天理论时,则比较符合后期加载的情况。因而在实际工程中,可综合采用两种理论,即混凝土初期加载时采用老化理论,后期加载时采用先天理论。在计算上,由于该法应用微分方程,使得计算求解比较复杂。但从另外一个角度说,狄辛格法使我们能够直接估计体系转换后的徐变影响,因此对初步设计很有好处。 2 Tröst-Bazant方法[2] 设桥梁结构各构件的徐变特性相同,后期结构为n次超静定,则从体系转换时刻至以后的任一时刻t,因徐变产生于第i个赘余力方向相对变位的相容条件表达为: ,,1,,11,tttXtijnjji=0 ),,2,1(ni …………(5) 式中,1,i为由荷载及前期结构继承下来的初内力产生于基本静定结构第i个赘余力方向的变位;,tXj为从至t的时间内,产生于第i个赘余力方向的截面徐变次内力;ij为当1jX时产生于基本静定结构第i个赘余力方向的变位。 时效系数,t可根据老化理论的狄辛格(Dischinger)公式推导而得,即: ,111,,tett Tröst指出,t的取值范围在0.5~1之间,一般可以取为0.8。在实用分析中,不必过分追求时效系数,t的精确程度,因为徐变计算误差最大方面还在于徐变系数的选择[3]。 Tröst-Bazant代数方程解法只能适用于下列条件之一:(1)外加约束是突然发生的;(2)外加约束施加的速度与徐变发展的速度相同。但该法使超静定结构徐变次内力问题可以用代数方程代替微分方程求解,并且可以选择合乎实际情况的徐变系数表达式,既简化了计算,又提高了精度。 3 采用位移法的有限元逐步分析法[3] 用有限元法计算超静定结构徐变内力重分布的关键是将弹性体系的单元刚度矩阵转变为徐变体系的单元刚度矩阵,引入换算弹性模量,,1ttEE,则有: ccKtKF, ……(6) 式中:K为杠件弹性模量为E时杠件单元刚度矩阵,即弹性刚度矩阵;][K为杠件徐变等效弹性模量为E时的杠件单元刚度矩阵,即徐变刚度矩阵。
其中,,11,ttEEt
徐变效应分析的位移法基本方程为: 0,,,FttKtFc (7) 式中:F为由徐变引起的总杆端力(实际节点力增量);c为徐变位移; 0F为初始内力产生的初始弹性杆端力,eKF0,e
为结构初始弹性位移。 该基本方程表明由徐变引起的单元杆端力由两部分组成:第一部分为由徐变位移c产生的杆端力;第二部分为与初始弹性杆端力0F引起的徐变位移0产生的杆端力。 取00KF,视为徐变等效固端力,则上式也可表示成: 0FKF
…………(8)
由此可看出,徐变分析是以结构初始内力为基础的,所经历的时间段除约束反力发生变化外,并不增加新的外荷载,因此将各单元在单元坐标系内由徐变引起的杆端力列阵转换到结构坐标系内,进行叠加,便可得到结构的总体平衡方程,引入边界条件便可解得徐变引起的单元杆端位移c
,进而得到徐变引起的单元杆端力F和徐
变约束反力。 根据以上的理论和公式,第i个时间间隔的结构分析步骤如下: (1)在第i个时间间隔开始时,锁定结构的全部节点,求出该时间间隔内各单元的节点锁定力。从而形成节点力增量ieF,。 (2)在第i个时间间隔终了时,即时刻it,解除所有节点的锁定,对各单元施以反锁定节点力,形成节点荷载列向量ieF,,也即徐变等效固端荷载列向量ieF,=-ieF,。 (3)采用按龄期调整的有效模量建立各单元刚度矩阵ieK,,列出各单元的平衡方程:ieK,ie,=ieF,。 (4)通过坐标变换,组集整体坐标下结构荷载列向量和徐变换算刚度矩阵,列出结构的总体平衡方程:iiiKF。 (5)解方程,即可得到整体坐标下,第i个时间间隔内的全部节点位移增量i。 (6)将i转换成各单元局部坐标下的节点位移增量ie,,代入方程ieK,ie,=ieF,中,求得ieF,。 (7)第i个时间间隔内单元的实际节点力增量为:ieF,=ieF,+ieF,。 至此,第i个时间间隔内各节点位移增量和节点力增量均已求出,将上述增量与该时间间隔开始时的节点位移和节点力相加,即可得到该时间间隔终了时的节点位移和节点力,以此作为下一个时段开始时的初始位移和初始节点力,进入下一个时间间隔的计算。 4 算例 一3跨连续梁在支架上分3次现浇,如图1所示,各段依次浇筑后经养护7d后落架,前后段落架时间相隔14d,梁计算跨度3×30m,自重为mtq/10,构件理论厚度为40cm。分别求成桥
初(第三梁段落架前)和t时,支承点2和4处的弯矩值。 该算例中,狄辛格方法是指混凝土徐变理论采用老化理论,徐变系数变化规律采用狄辛格公式表达的结构次内力分析方法。有限元法中徐变系数采用我国规范(JTJ023-85)中建议的徐变系数模式进行计算,Tröst-Bazant方法采取与狄辛格法相同的徐变终极值。混凝土弹性模量取为常值。各阶段落架时内力按弹性体系计算。 利用3种分析方法计算支点弯矩的结果见表1。
6m6m30m30m30m
第一梁段第二梁段第三梁段
图一 算例1234①③②④56
表1 应用3种分析方法计算支点弯矩的结果比较(单位:t-m) 时段 支 点 计 算 方 法 不考虑徐变影响时 一次落架弯矩值 狄辛格法 Tröst-Bazant方法 有限元逐步分析法
成桥初 2 -708.58 -840.98 -729.6
t 2 -866.46 -847.62 -852.90 -493.0 -900 4 -914.86 -916.14 -1069.00 -699.9 -900
将以上表格1中数据绘成弯矩图,如图2。 图二 三跨连续梁支点最终弯矩21-866.46-852.90-493.0(单位:t-m)不考虑徐变影响时4-914.86有限单元法-699.9-1069.00狄辛格法6 通过图2,我们可以明显得出结论: 对于分阶段施工的预应力混凝土连续梁桥,必须考虑混凝土徐变的影响。 桥梁结构一次落架的受力状态趋近于混凝土徐变的作用。 本例由于在利用狄辛格法与Tröst-Bazant方法时,采用了相同的徐变终极值,所以二者计算的最终弯矩值相差很小。若考虑加载初期不可恢复变形和滞后弹性变形,则计算的徐变终极值就有差别,不同方法计算的结构徐变次内力的误差就可能增大[4]。如在支点4,按有限元法计算的最终弯矩值比采用狄辛格法与Tröst-Bazant方法计算的结果大16.7%左右,因为在有限元法中采用的徐变计算模式是应用我国交通部规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ023-85)中建议的徐变系数模式,该模式通过加载初期的不可恢复变形项a来反映早期加载时较大的徐变变形,通过td4.0
项来反映滞后弹性变形影响,因而
算得的徐变终极值就与上两种方法不同,见表3,计算的徐变次内力误差也就比较大。 为了进一步分析加载初期的不可恢复变形对分析结构徐变次内力的影响,我们利用有限元逐步分析法分别对考虑和不考虑加载初期的不可恢复变形a两种情况进行计算,计算结果比较见表3。从表3我们可以看出,加载初期的不可恢复变形在加载初期不可忽略,支点2在成桥初时,两种情况下计算得到的次内力比值达到1.104。现代大跨度与预应力混凝土桥梁的施工大都采用分阶段施工法,在进行结构徐变次内力分析时,不能忽略加载初期的不可恢复变形影响。说明我国目前规范(JTJ023-85)中建议的徐变系数计算模型对于超静定结构徐变分析是比较符合实际情况的。