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混凝土徐变计算分析方法孙海林，叶列平，丁建彤(清华大学土木工程系，北京，100084)摘 要：国内外不乏桥梁工程因为混凝土的徐变而挠度过大甚至坍塌的实例。
混凝土徐变问题越来越受到研究者的关注，徐变计算理论和方法不断发展。
本文综述了各种有关徐变的计算方法（有效模量法、老化理论、流动率法等）以及现在常用的各种方法（徐变应力分析的全量方法、按龄期调整的有效模量法、积分退化核的方法、率型本构方程等），并对这些方法进行了简要评述，讨论了徐变计算的发展方向。
关键词：混凝土；徐变；叠加法；逐步计算法尽管对混凝土收缩和徐变已经进行了几十年的实践和研究，对混凝土收缩和徐变的认识在不断提高，关于收缩和徐变对结构的影响分析、计算理论和方法在不断发展，但是预计和控制混凝土的收缩和徐变及其对结构物性能的影响仍然是十分复杂而又难以获得精确答案的问题。
国内外不乏因为混凝土的收缩和徐变影响结构使用、乃至造成工程事故的例子。
CEB调查了27座混凝土悬臂桥（大约半数是连续跨，其它跨中带铰）的变形资料，跨度从53~195米，有些桥梁在建造完成8～10年后挠度仍有明显增长趋势，甚至有两座桥的挠度从建成起到最后报告测量时间（分别是建成后的16年和20年）一直在以相同的变形速度增加[1]。
英国的Kingston桥是一座跨度为62.5+143.3+62.5m的预应力混凝土箱梁桥，主跨中央带铰，1970年建成后跨中挠度缓慢加大，至今已经超过30cm[2]。
1977年建成的太平洋上的帕劳共和国Koror–Babeldaob桥，主跨241m，是当时世界上最长的后张预应力混凝土箱形梁桥，建成后挠度不断加大，1996年加固修补3个月后桥梁倒塌[2]。
这些桥的变形过大都直接或者间接与徐变相关。
美国1978年完工的Parrots渡桥是当时美国采用轻骨料混凝土建造的净跨最长的悬臂拼装法预应力混凝土连续刚构桥Parrots渡桥，该桥在使用12年后，195m的主跨跨中下垂了约635mm[3]。
混凝土连续梁长期徐变挠度的控制措施一、引言说明混凝土连续梁在使用过程中由于受到荷载作用、温度变化等因素，会产生徐变现象。
徐变会导致梁的挠度增大，影响结构的使用性能和安全性。
因此，研究混凝土连续梁长期徐变挠度的控制措施是必要的。
二、混凝土连续梁徐变的特点1.梁的徐变机理2.徐变对梁的挠度的影响特点3.混凝土连续梁徐变的时间与荷载响应特点三、控制混凝土连续梁徐变挠度的方法1.提高混凝土的质量2.控制混凝土梁的应力水平3.增加预应力4.使用轻质骨料混凝土5.使用纤维增强混凝土四、徐变挠度的可靠性评估方法1.梁的监测方法2.挠度监测的数据分析方法3.徐变挠度的可靠性评估方法五、结论总结控制混凝土连续梁徐变挠度的方法和徐变挠度的可靠性评估方法，并展望未来研究的方向。
一、引言混凝土连续梁是在高速公路、城市轨道交通等大型工程中广泛使用的一种结构形式。
在使用过程中，混凝土连续梁所受到的荷载、温度、湿度等环境因素会导致它产生徐变现象。
徐变是混凝土材料在持续受载的情况下发生迟缓的变形，具有时间性和累积效应，长期存在的徐变变形会引起连续梁的挠度增大，影响结构的使用性能和安全性。
因此，对混凝土连续梁徐变挠度的控制措施进行研究具有重要意义。
本章将介绍混凝土连续梁徐变的特点。
首先，介绍混凝土连续梁的徐变机理，包括材料基础、荷载水平、温度等多种因素的共同作用。
其次，介绍徐变对梁的挠度的影响特点，探究徐变造成的梁的挠度增大的原因。
最后，介绍混凝土连续梁徐变的时间与荷载响应特点。
二、混凝土连续梁徐变的特点1. 梁的徐变机理混凝土材料的徐变机理是比较复杂的，包括多种因素的共同作用。
在混凝土连续梁中，混凝土材料会收到外界环境的影响，如温度、湿度等非机械因素，以及荷载、应变等机械因素的影响。
这些因素的共同作用会导致混凝土产生徐变现象。
特别地，荷载是混凝土连续梁徐变的主要原因，持续荷载会引起混凝土内部微观结构的变化，其相对位移产生了很小的应变，由于混凝土非线性，导致了徐变。
基于有限元模式下的桥梁结构分析前言有限元法（finite element method）是一种高效能、常用的计算方法。
有限元法在早期是以变分原理为基础发展起来的，所以它广泛地应用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各类物理场中（这类场与泛函的极值问题有着紧密的联系）。
自从1969年以来，某些学者在流体力学中应用加权余数法中的迦辽金法(Galerkin)或最小二乘法等同样获得了有限元方程，因而有限元法可应用于以任何微分方程所描述的各类物理场中，而不再要求这类物理场和泛函的极值问题有所联系。
基本思想：由解给定的泊松方程化为求解泛函的极值问题。
关键词结构划分分割单元分析一有限元运用原理将连续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每个单元内假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数，近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表达。
从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。
二有限元运用步骤步骤1：剖分: 将待解区域进行分割，离散成有限个元素的集合．元素（单元）的形状原则上是任意的．二维问题一般采用三角形单元或矩形单元，三维空间可采用四面体或多面体等．每个单元的顶点称为节点（或结点）．步骤2：单元分析: 进行分片插值，即将分割单元中任意点的未知函数用该分割单元中形状函数及离散网格点上的函数值展开，即建立一个线性插值函数步骤3：求解近似变分方程用有限个单元将连续体离散化，通过对有限个单元作分片插值求解各种力学、物理问题的一种数值方法。
有限元法把连续体离散成有限个单元：杆系结构的单元是每一个杆件；连续体的单元是各种形状（如三角形、四边形、六面体等）的单元体。
每个单元的场函数是只包含有限个待定节点参量的简单场函数，这些单元场函数的集合就能近似代表整个连续体的场函数。
根据能量方程或加权残量方程可建立有限个待定参量的代数方程组，求解此离散方程组就得到有限元法的数值解。
有限元法已被用于求解线性和非线性问题，并建立了各种有限元模型，如协调、不协调、混合、杂交、拟协调元等。
探析钢混凝土组合梁桥收缩徐变问题1. 引言钢-混凝土组合梁是由混凝土板和钢梁通过剪力键连接而成的一种组合结构，具有自重轻、易于施工以及能够充分发挥混凝土和钢材的各自力学性能等优点，被广泛应用于现代桥梁和结构工程中。
由于钢-混凝土组合结构是由混凝土和钢材两种性质完全不同的材料紧密结合而成，随着时间的不断推移，混凝土的收缩徐变特性使得钢梁与混凝土翼板之间产生变形差异，导致组合结构产生应力重分布，使混凝土中的应力向钢梁转移。
同时，由于绝大部分组合梁结构均采用了柔性剪力连接键，在荷载的作用下，界面处将产生滑移，滑移效应将引起组合梁产生附加挠度，使组合梁的变形发生变化。
由于收缩徐变的影响，组合梁的界面滑移和竖向挠度都将随时间而变化。
因此，在设计中应对混凝土翼板的收缩徐变效应足够的重视，对组合结构收缩徐变效应的深入研究能够更好地指导设计，避免收缩徐变效应的不利影响，使结构具有更好的耐久性和适用性，同时也能降低成本。
2. 收缩徐变效应对结构的影响收缩徐变对桥梁结构的影响主要表现在以下几个方面：（1）在钢筋混凝土、预应力混凝土等配筋构件中，随时间而变化的混凝土徐变、收缩受到内部配筋的约束将导致内力的重分布。
预应力损失实际上也是预应力混凝土构件内力重分布的一种。
（2）预制的混凝土梁或钢梁与就地灌注的混凝土板组成的结合梁，将由于预制部件与现场浇筑部件之间不同的徐变、收缩值而导致内力的重分布。
同样，梁体的各组成部分具有不同的徐变、收缩特性亦将由于变形不同、相互制约而引起内力或应力的变化。
（3）外加强迫变形如支座沉降或支座标高调整所产生的约束内力，也将在混凝土徐变的过程中发生变化，部分约束内力将逐渐释放。
3. 钢-混凝土组合梁收缩徐变的研究现状钢梁与混凝土板通过剪力键连接，收缩徐变引起的钢梁与混凝土板之间的应力重分配过程比较复杂，进而会导致钢-混凝土组合梁表现出较为复杂的力学行为。
收缩和徐变是混凝土最不确定的力学特性，具有很大的离散性，而目前规范所采用的模型是建立在试验均值的基础上，不具有设计保证意义。
收稿日期:2008208204作者简介:赵品(1981)),女,硕士研究生,研究方向为大型结构健康诊断与控制 zh aop81@混凝土桥梁徐变计算的有限元分析赵 品, 王新敏(石家庄铁道学院土木工程分院,河北石家庄050043)摘 要:基于按龄期调整的有效模量法结合有限单元逐步分析法,对ANSYS 程序进行了计算混凝土桥梁徐变的二次开发。
详细介绍了按龄期调整的有效模量法的具体计算步骤,并将计算结果与理论值进行比较,结果吻合的很好,且符合有砟轨道预应力混凝土箱梁的设计要求;验证了程序的正确性同时得出一些有益的结论:徐变对混凝土桥梁的影响不容忽视,必须予以重视。
关键词:混凝土;桥梁;徐变中图分类号:U441;U448.35 文献标识码:A 文章编号:167223953(2008)0620036204一般混凝土的徐变变形大于其弹性变形,在不变的长期荷载下,混凝土结构的徐变变形值可达到瞬时变形值的1~6倍[1]。
对于静定结构,徐变会导致很大的变形,从而引起结构内部裂缝的形成和扩展,甚至使结构遭受破坏;对于超静定结构,徐变不但会引起变形,还会产生徐变次内力;在钢筋混凝土或预应力混凝土中,随时间变化的徐变,由于受到内部钢筋的约束会导致内力的重分配并引起预应力损失;分阶段施工的混凝土结构由于徐变的不同而导致内力的变化;连续梁、刚架、斜拉桥、拱桥等在施工过程中发生结构体系转换时,前期继承下来的应力状态所产生的应力增量受到后期结构的约束,而导致支座反力和结构内力变化:总之,徐变对混凝土结构的影响是非常大的。
因此,对预应力混凝土桥梁在不同荷载工况下的徐变研究具有重要的现实意义。
1徐变计算所用的系数公式按5铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范6[2]中关于徐变系数的规定,其表达式如下:U (t,S )=B a (S )+0.4B d (t -S )+U f [B f (t)-B f (S )](1)为了便于计算机分析计算,对徐变系数进行拟合,得:U (t,S )=B a (S )+E4i=1C i (S )[1-e -q i(t-S )]+0.4B d (0)(2)式中,B a (S )=0.8[1-11.276(S 4.2+0.85S)3/2];C 1(S )=0.4A;C 2(S )=0.4B;C 3(S )=C #U f #e -q 3(S -3);C 4(S )=D #Uf #e -q 4(S -3);B d (0)=0.27;A=0.43;B =0.30;q 1=0.0036;q 2=0.046。
斜拉桥主梁混凝土徐变试验研究及有限元分析的开题报告一、选题的背景与意义斜拉桥作为大跨度桥梁结构的一种，被广泛应用于现代化的建设中。
然而，由于斜拉桥的主梁通常采用混凝土结构，因此在长期使用过程中，徐变效应将不可避免地出现。
徐变效应导致的混凝土损伤将显著影响斜拉桥的结构安全和使用寿命。
本项目旨在通过对斜拉桥主梁混凝土徐变试验研究及有限元分析，探究徐变效应对斜拉桥主梁的影响规律，提供科学合理的设计和施工方案，保障斜拉桥的结构安全和使用寿命，具有较高的研究价值和实践意义。
二、研究内容和方法1. 徐变试验研究：选取实际工程中常用的混凝土材料，通过加热处理和恒定载荷加载，测量不同时间段内混凝土的应变及载荷变化情况，以得出混凝土的徐变性能变化规律。
2. 有限元分析：建立斜拉桥主梁的三维有限元模型，根据试验结果确定混凝土的徐变本构模型，通过计算仿真得出在徐变效应下的应力分布情况，进而得出斜拉桥主梁的稳定性和安全性能。
三、论文结构1. 绪论：介绍选题的背景和意义，总述研究内容和方法，阐述论文的目的和意义。
2. 徐变试验研究：对混凝土材料进行徐变试验，测量应变和载荷变化情况，得出混凝土的徐变性能变化规律。
3. 有限元分析：建立斜拉桥主梁的三维有限元模型，根据试验结果确定混凝土的徐变本构模型，并进行计算仿真，得出斜拉桥主梁的应力分布情况，分析在徐变效应下的稳定性和安全性能。
4. 结论与展望：总结论文研究内容和方法，回顾研究成果和创新点，提出提高斜拉桥结构安全和使用寿命的建议。
四、预期成果本研究将通过混凝土徐变试验研究和有限元分析，得出斜拉桥主梁的徐变影响规律和稳定性能，提供了可靠的理论和技术基础，为斜拉桥的设计和施工提供了参考，有助于提高斜拉桥的结构安全和使用寿命。
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。
第16卷 第4期2003年10月中 国 公 路 学 报Ch ina Journal of H ighw ay and T ranspo rtV o l 116 N o 14O ct .2003收稿日期:2002211201作者简介:陈太聪(19772),男,海南乐东人,工学博士研究生.文章编号:100127372(2003)0420055204桥梁节段施工过程中混凝土收缩徐变效应仿真计算陈太聪,苏 成,韩大建(华南理工大学土木工程系,广东广州 510640)摘 要:在考虑结构节段施工影响的收缩徐变效应分析中,提出节段等效增量荷载的概念,将前面所有阶段的实际荷载增量对收缩徐变的影响转变为节段等效增量荷载,施加于当前阶段的有限元计算模型中;同时按混凝土龄期调整当前阶段的各混凝土单元弹性模量。
基于上述处理,采用标准有限元分析,即可计算得到当前阶段考虑收缩徐变效应后的结构总反应。
根据上述方法编制了相应的多阶段结构施工计算程序,用于分析一座三跨连续梁桥和一座大跨度斜拉桥,获得理想的结果,说明了该方法的有效性和可靠性。
关键词:桥梁工程;节段施工;有限元法;徐变;收缩中图分类号:U 44115 文献标识码:ASi m ula tion ca lcula tion of creep and shr i nkage effects of concrete dur i ng segm en ta l con struction of br idgesCH EN T ai 2cong ,SU Cheng ,HAN D a 2jian(D epartm en t of C ivil Engineering ,Sou th Ch ina U n iversity of T echno logy ,Guangzhou 510640,Ch ina )Abstract :A u tho rs deal w ith a new m ethod fo r esti m ati on of the creep and sh rinkage effects at a cu rren t con structi on stage in segm en tal con structi on p ractice .In th is m ethod ,the creep andsh rinkage effects cau sed by the actual load increm en ts of fo rm er stages are rep resen ted by k inds of segm en tal equ ivalen t load increm en t in the fin ite elem en t m odel ,at the sam e ti m e ,the elastic m odu lu s of all concrete elem en ts are m odified acco rding to the concrete age .B ased on the above tw o treatm en ts ,the to tal structu ral respon ses at the cu rren t stage con sidering the creep and sh rinkage effects can be derived th rough standard fin ite elem en t analysis.A m u lti 2stage struc 2tu ral con structi on calcu lati on p rogram is develop ed upon th is m ethod .Engineering app licati on s of the develop ed p rogram in one th ree 2sp an con tinuou s b ridge and a long 2sp an cab le 2stayed b ridge dem on strate the feasib ility and reliab ility of the p ropo sed m ethod .Key words :b ridge engineering ;segm en tal con structi on ;FE M ;creep ;sh rinkage0 引 言在对结构进行收缩徐变效应分析时,常见的做法是先求解等效初应变,并转化为相应的节点荷载,然后施加于结构中,通过计算得到收缩徐变的二次变形和二次内力效应[1～3]。
桥梁线形控制中徐变变形的一种计算方法
桥梁线形控制中，徐变变形是指桥梁在使用过程中由于荷载的作用，慢慢变形而引起的直线轴向位移。
这种变形对桥梁的安全和使用寿命有很大的影响，因此需要对其进行计算。
一种计算方法是基于徐变变形的形成机制，即桥梁的温度、湿度和荷载引起的水分迁移和吸附。
这种计算方法可以分为以下步骤：
1.确定桥梁的徐变变形速率和水分扩散系数。
2.建立扭转-屈曲-徐变模型，确定桥梁在使用过程中的荷载变化。
3.采用有限元方法对桥梁进行分析。
4.利用该模型推断桥梁的复合徐变效应。
5.通过实验验证所得结果。
这种计算方法可以准确地预测桥梁的徐变变形，但需要大量的实验数据和专业知识。
因此，在实际工程中，也可以采用经验公式和现场测试的方法对徐变变形进行估算。
混凝土徐变B4模型有限元实现及应用
李鹏
【期刊名称】《广东建材》
【年(卷),期】2024(40)4
【摘要】混凝土作为当下应用最为广泛的建筑材料,其自身徐变的特性对结构的耐久性及安全性均有较大的影响,对混凝土徐变预测已经成为复杂结构设计过程中必
不可少一个环节。
因此为进一步优化数值分析中对混凝土徐变的模拟效果,优化有
限元软件中针对混凝土徐变计算过程,本文基于微预应力-固结理论,将预测效果优秀、理论分析合理的B4模型结合粘弹性本构,通过在ABAQUS软件中进行二次开发,编写相应子程序实现其在数值分析中的应用。
并通过相应算例证明所构建的子程序可以准确地对混凝土徐变的发展过程进行模拟,能为进一步研究混凝土徐变发展及实
际工程应用提供一定参考价值。
【总页数】4页(P99-102)
【作者】李鹏
【作者单位】新疆大学建筑工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU5
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率型模型的混凝土徐变有限元计算4.混凝土桥梁收缩徐变计算的有限元方法与应用
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混凝土有限元分析廖奕全（06级防灾减灾工程及防护工程，06114249）摘要：用传统的理论解析方法分析钢筋混凝土结构，只能解决一些非常简单的构件或结构的非线性问题，对大量的钢筋混凝土结构的非线性分析问题只能用数值方法解决，因此，有限元方法作为一个强有力的数值分析工具，在钢筋混凝土结构的非线性分析中得到了广泛地应用。
随着有限元理论和计算机技术的进步，钢筋混凝土非线性有限元分析方法也得以迅速的发展并发挥出巨大的作用。
关键词：钢筋混凝土有限元分析有限元模型钢筋混凝土结构是土木工程中应用最广泛的一种建筑结构。
相比其它材料结构，钢筋混凝土结构有以下特点：①造价低，往往是建筑结构的首选材料；②易于浇注成各种形状，满足建筑功能及各种工艺的要求；⑧充分发挥钢筋和混凝土的作用，结构受力合理：④材料的重度与强度之比不大；⑤材料性能复杂，一般的计算模型难与实际结构的受力情况相符。
正因为钢筋混凝土材料的这些优缺点，长期以来，钢筋混凝土在工程中的应用如此广泛；为了满足工程需要所建立的反映混凝土材料性能的计算模型也不断完善。
然而，混凝土是一种由水泥、水、砂、石及各种掺合料、外加剂混合而成的成分复杂、性能多样的材料。
到目前为止，还没有一种公认的、能全面反映混凝土的力学行为和性质的计算模型或本构关系。
因此，对钢筋混凝土的力学性能研究还需要学术界和工程人员继续努力。
长期以来，人们用线弹性理论来分析钢筋混凝土结构的受力和变形，以极限状态的设计方法来确定构件的承载能力。
这种设计方法在一定程度上能满足工程的要求。
随着国民经济的发展，越来越多大型、复杂的钢筋混凝土结构需要修建，而且对设计周期和工程质量也提出了更高的要求。
这样一来，常规的线弹性理论分析方法用于钢筋混凝土结构和构件的设计就力不从心。
设计人员常有“算不清楚”以及“到底会不会倒”的困惑。
为此，钢筋混凝土非线性有限元分析方法开始受到重视。
同时，随着有限元理论和计算机技术的进步，钢筋混凝土非线性有限元分析方法也得以迅速的发展并发挥出巨大的作用。
收稿日期:2008208204作者简介:赵品(1981)),女,硕士研究生,研究方向为大型结构健康诊断与控制 zh aop81@混凝土桥梁徐变计算的有限元分析赵 品, 王新敏(石家庄铁道学院土木工程分院,河北石家庄050043)摘 要:基于按龄期调整的有效模量法结合有限单元逐步分析法,对ANSYS 程序进行了计算混凝土桥梁徐变的二次开发。
详细介绍了按龄期调整的有效模量法的具体计算步骤,并将计算结果与理论值进行比较,结果吻合的很好,且符合有砟轨道预应力混凝土箱梁的设计要求;验证了程序的正确性同时得出一些有益的结论:徐变对混凝土桥梁的影响不容忽视,必须予以重视。
关键词:混凝土;桥梁;徐变中图分类号:U441;U448.35 文献标识码:A 文章编号:167223953(2008)0620036204一般混凝土的徐变变形大于其弹性变形,在不变的长期荷载下,混凝土结构的徐变变形值可达到瞬时变形值的1~6倍[1]。
对于静定结构,徐变会导致很大的变形,从而引起结构内部裂缝的形成和扩展,甚至使结构遭受破坏;对于超静定结构,徐变不但会引起变形,还会产生徐变次内力;在钢筋混凝土或预应力混凝土中,随时间变化的徐变,由于受到内部钢筋的约束会导致内力的重分配并引起预应力损失;分阶段施工的混凝土结构由于徐变的不同而导致内力的变化;连续梁、刚架、斜拉桥、拱桥等在施工过程中发生结构体系转换时,前期继承下来的应力状态所产生的应力增量受到后期结构的约束,而导致支座反力和结构内力变化:总之,徐变对混凝土结构的影响是非常大的。
因此,对预应力混凝土桥梁在不同荷载工况下的徐变研究具有重要的现实意义。
1徐变计算所用的系数公式按5铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范6[2]中关于徐变系数的规定,其表达式如下:U (t,S )=B a (S )+0.4B d (t -S )+U f [B f (t)-B f (S )](1)为了便于计算机分析计算,对徐变系数进行拟合,得:U (t,S )=B a (S )+E4i=1C i (S )[1-e -q i(t-S )]+0.4B d (0)(2)式中,B a (S )=0.8[1-11.276(S 4.2+0.85S)3/2];C 1(S )=0.4A;C 2(S )=0.4B;C 3(S )=C #U f #e -q 3(S -3);C 4(S )=D #Uf #e -q 4(S -3);B d (0)=0.27;A=0.43;B =0.30;q 1=0.0036;q 2=0.046。
具体参数取值见表1。
表1徐变系数计算中的参数取值理论厚度h /mm C D q 3q 4@10-3U f 2<500.500.390.033 1.5 2.01000.470.420.0335 1.3 1.702000.410.480.034 1.1 1.554000.330.540.0350.85 1.406000.290.600.0380.65 1.33>16000.200.690.050.531.12理论厚度h =K 2A hL ,K =1.5,A h 为构件截面面积,L 为构件与大气接触的周边长度及箱梁内的长度。
2逐步计算的方法[3]2.1结构单元和计算时间的划分(1)时段划分。
将计算时间从施工开始到竣工后徐变完成,划分为若干阶段。
对于一次现浇的简支梁桥而言,通常划分为浇筑混凝土、初张拉、终张拉、施加二期恒载四个阶段,根据每个施工状态,将计算时间划分成几个时间小段,也就是按施工工况进行划分。
把施工阶段、加载时刻,作为各阶段与时间间隔的分界点,由初瞬时t =t 1起,以后各计算时刻依次为t 2,,t i ,,t n +1,相应时段则为:v t 1=t 2-t 1,,,v t i =t i+1-t i ,,,v t n =t n +1-t n 。
研究Research and De sign与设计(2)单元划分。
将各阶段的已成结构划分成若干个梁单元,使每个单元的混凝土具有均一的收缩、徐变特性,整个结构理想化为节点,节点之间通过节点力相互联结形成单元集合体。
(3)在静定结构阶段,徐变只产生变形增量而不产生内力增量,即徐变次内力为0,这时取老化系数等于1。
2.2程序设计过程(1)将整个梁按变截面位置划分,建立梁的计算模型,并建立宏文件moxing#.mac,其中#表示梁段号。
(2)计算第i 个时间间隔在各节点处施加等效节点荷载(其中包括预应力产生的等效节点荷载),求得节点力,也就是弹性计算时的节点力,用宏文件tanxing.mac 存放节点力计算结果。
(3)第i 个时间间隔开始时,锁定已计算模型梁单元的所有节点,求出节点锁定力,并将其存入宏文件suoding.mac 中。
(4)通过施工过程分析,确定每个节段施工开始时间t i-1和结束时间t i ,开始时间t i-1就是在这个时间段i 中的加载龄期,结束时间就是加载的计算时间,通过徐变系数、按龄期调整的弹性模量、松弛比的计算宏命令xishu.mac,计算所需要的参数值;通过宏命令xubian.mac 计算徐变引起的等效节点荷载力;对模型moxing#.mac 施加由徐变引起的等效荷载力,计算徐变引起的节点位移。
(5)按照上述步骤,求出结构全部单元在第i 个时间间隔内,由徐变产生的节点力增量与节点位移增量。
将上述增量分别加到该时间间隔开始时有关的节点力与节点位移上,即可得出该时间间隔终了时各单元的节点力和节点位移的状态。
据此,即可进入下一时间间隔的计算。
从徐变开始循环上述步骤,直到任一时间终了,即可求得结构各个时间段的节点力与位移状态。
其中图1、图2给出了徐变计算的流程图。
3程序验证计算某两端固定等截面梁(受力如图3所示)在恒载作用下的徐变内力重分配。
跨径18m,左半跨A 的徐变系数U A (],S )=1.0,V A (],S )=0.582;右半跨B 的徐变系数U B (],S )=2.0,V B (],S )=0.657。
施工完成时跨中弯矩、剪力等于零,均布荷载q =1000N /m 。
求跨中合拢后时间t =]的跨中弯矩和剪图1 计算徐变系数、弹性模量、松弛比的程序流程图2 徐变计算流程图图3 示意图力(本程序计算结果与相关文献资料[4]进行了比较),计算结果见表2。
表2两端固定等截面梁受力计算结果计算结果跨中弯矩/kN #m 跨中剪力/kN M A/kN #m M B /kN 本程序9.920.557-35.59-25.57相关文献9.950.557-35.55-25.55相对误差0.30%0.0%0.10%0.07%相关文献采用的是基于按龄期调整的有效弹性模量法。
从表2看两者比较的误差极小,所以采用本文介绍的ANSYS 的电算方法可以减少大量计算,提高工作效率。
4实桥算例在温福铁路浙江段工程中采用线间距为4.6m及5.0m,跨度为24m 和32m 的有砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁。
本算例简支梁桥,梁长为32.6m,计算跨度为31.1m,线间距为5.0m,按现浇法施工设计。
适用于客车250km/h,货车120km/h 及以下。
其截面类型为单箱单室简支箱梁,跨中部分梁高2.8m,支点部分梁高3.0m;梁端顶板、腹板局部向内侧加厚,底板分别向内、外侧加厚。
图4和图5分别为3个月和1a 后全桥各点的位移图,从两图可以看出:¹随着时间的增长徐变值越来越小。
º成桥3个月时的徐变上拱值为12.3mm,满足设计中所指定的轨道铺设后有砟桥面梁的徐变上拱值不应大于20mm 的要求;但为了保证线路在运营状态下的平顺性,梁体混凝土浇筑时应预设反拱。
实际施工中反拱的设置应根据具体情况,充分考虑收缩徐变的影响及预计二期恒载上桥时间确定。
图4 成桥3个月徐变引起的主梁挠度变化图5 成桥1a 徐变引起的主梁挠度变化从图6中可以看到:¹从成桥3个月到成桥3a徐变上拱值越来越小,进一步证实了由图4、图5得到的第一条结论。
º到第3年,即徐变值基本上达到稳定时上拱值为6.07mm,与理论计算残余徐变拱度值6.2mm 相比,误差为2%,在误差范围之内,符合要求。
»从图4~图6可看出徐变上拱最大值均在跨中,其徐变上拱变形曲线呈二次抛物线变化。
图7为具有代表性的2个不同截面的挠度随时间变化曲线,从图中可看出随时间的增长徐变值逐渐减小且均趋于稳定。
图6 成桥后徐变引起的主梁挠度变化图7 主梁的各截面挠度5结论(1)ANSYS 计算结果与理论计算结果吻合的很好,且符合有砟轨道预应力箱梁的设计要求,进一步验证了ANSYS 计算结果的正确性。
(2)算例分析表明,徐变对混凝土桥梁的影响不容忽视,必须予以重视。
参考文献[1]李兆霞.混凝土非线性徐变理论的研究[J].河海科技进展,1991,(11):26233[2]中铁工程设计咨询集团有限公司.TB 10002.3)2005铁路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京:中国铁道出版社,[3]周履,陈永春.收缩徐变[M].北京:中国铁道出版社,1982[4]金成棣.混凝土徐变对超静定结构变形及内力的影响[J].土木工程学报,1981,14(9):19233(下转第44页)续表水泥类型水灰比龄期t/d无侧限抗压强度/M Pa无外掺剂q u有外掺剂q u c比值q u c/q u3#水泥0.5570.8480.8050.9528 2.170 2.431 1.1290 4.768 4.859 1.02 0.6570.9780.6280.6428 1.823 1.6560.9190 3.567 4.457 1.25掺入石膏后,1#和2#水泥总的看强度均有所提高;3#水泥的早期强度因为石膏的加入反而降低,但是随着龄期的增长,强度在后期提高较多。
3结论(1)在相同掺入比条件下,水泥土无侧限抗压强度随着龄期的增长而增大。
(2)石膏主要起早强的作用。
石膏的早强作用主要发生在7、28d,当水灰比为0.65时矿渣硅酸盐水泥的此特点尤其突出。
石膏的掺入量必须与水灰比配合才能达到最佳效果。
(3)针对天津的淤泥质粘土,矿渣硅酸盐水泥的效果比普通硅酸盐水泥的效果要好。
参考文献[1]伍宛生,顾洪.加固软土地基的水泥搅拌土力学特性试验研究[J].水利水电技术,1998,29(5):42244[2]王立峰.纳米硅水泥搅拌土工程特性及本构模型研究[D].杭州:浙江大学,2003:15217[3]张土乔.水泥搅拌土的应力应变关系及搅拌桩破坏特性研究[D].杭州:浙江大学,1992:6212[4]邵玉芳.一种新型水泥固化土的试验研究[J].浙江大学学报,2006,(7):3225[5]杨医博,梁松,莫海鸿.三乙醇胺对水泥土长期强度影响的试验研究[J].路基工程,2007,(4):68269Study of the Indoor Experiment on Cement2stabilized Soil Mixed with GessoLi Yujie,Yue Zur un,Zhao Yong(School of Civil Engineering,Shijiazhuang Ra ilway Institute,Shijiazhuang050043,China)Abstr act:The method of mixing cement deeply is one of the effective measures for the treatment of soft soil subgrade.With the muddy soft soil found at the site as the cur ing environment,the performance of cement stabilized soil mixed with gesso,and that of cement stabilized soil mixed with no additive are studied through unconfined compression tests respectively at the age of7d,28d,90d.T he r esults of the indoor tests show that the cur ing time is one of the main factors affecting the strength of the cement2stabilized soil.T he additive gesso(Gypsum)has mainly the functions of quick hardening and reducing the amount of water to be needed,when the amount of cement to be used is given.Key words:cement2stabilized soil;unconfined compression test;gesso;characteristics in strength(上接第38页)A Finite Element Analysis of the Creep of Concrete BridgesZhao Pin,Wang Xinmin(School of Civil Engineering,Shijiazhuang Raiway I nstit ute,Shijiazhuang050043,China)Abstr act:Based on the age2adjusted effective modulus method and the finite element gradual analysis meth2 od,are2development is made of the ANSYS pr ogramm for the cr eep calculation of concrete bridges.The specific calculating steps of the age2adjusted effective modulus mothod ar e also introduced in the paper, with the calculated result compared with the theor etical values,through which it is found that the two results are in full agreement,and also in accordance with the design requirements for the dreggy track pre2stressed con2 crete box girders.Thus,the program is proved correct,and several meaningful conclusions are obtained as well: the influence of creep on the concrete bridge can not be neglected,and should be paid much attention to.Key words:concrete;bridge;creep#研究与设计#水泥土掺石膏的室内试验研究李宇杰等。
