自然環(huán)境條件下大跨度勁性骨架混凝土拱橋長期變形行為研究.pdf

1、勁性骨架混凝土拱橋以其跨度大、承載力高、成橋后穩(wěn)定性高和適合于復(fù)雜深山峽谷地形等特征為大跨度高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)者所鐘愛。為保證高速鐵路行駛的安全性和舒適性，需嚴(yán)格控制拱圈的長期變形，但目前國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者對此類拱橋的溫度場效應(yīng)及長期變形研究還較為欠缺。本文以主跨為445 m的滬昆客運(yùn)專線北盤江鋼管混凝土勁性骨架混凝土拱橋?yàn)楣こ瘫尘?，進(jìn)行了鋼管混凝土軸壓構(gòu)件收縮徐變試驗(yàn)，并對拱圈溫度場和長期變形行為進(jìn)行了試驗(yàn)及理論研究。主要研究內(nèi)容、方法和研

2、究成果如下:
　　1、探討了用氣象參數(shù)方法分析混凝土箱梁溫度場時(shí)的太陽輻射作用、對流換熱和輻射換熱系數(shù)計(jì)算公式之間的差異;基于計(jì)算實(shí)例，選取了太陽輻射作用時(shí)的合理計(jì)算公式，并簡化了對流換熱和輻射換熱公式;對比了濕度場和溫度場微分方程及邊界條件的差別，探討了用ANSYS溫度場有限元方法分析混凝土濕度場的可行性，并給出了相關(guān)系數(shù)取值公式及范圍。研究表明在合理參數(shù)取值情況下，采用ANSYS的溫度場模塊能較為準(zhǔn)確地預(yù)測混凝土內(nèi)部濕度場分布

3、。（第2章）
　　2、收集了既有國內(nèi)混凝土收縮徐變試驗(yàn)結(jié)果，探討了通用收縮徐變預(yù)測模型在我國的適用性;在分析既有溫度和相對濕度作用下的混凝土收縮徐變預(yù)測模型的優(yōu)缺點(diǎn)后，基于大量試驗(yàn)結(jié)果及CEB10模型，提出了可計(jì)算自然環(huán)境條件下的混凝土收縮徐變預(yù)測模型公式并進(jìn)行了驗(yàn)證;該模型可考慮自然環(huán)境下的溫度和相對濕度變化情況，在一定條件下具有較高精度;通過ANSYS二次開發(fā)中的蠕變算法和膨脹算法，探討了用ANSYS有限元程序計(jì)算復(fù)雜結(jié)構(gòu)和邊

4、界條件下的混凝土橋梁長期變形方法;以預(yù)應(yīng)力混凝土T型截面梁和兩跨混凝土箱梁長期變形試驗(yàn)為算例，驗(yàn)證了本文算法的正確性。（第3章）
　　3、對溫度影響下的振弦式應(yīng)變傳感器特性進(jìn)行試驗(yàn)研究，探討了自然環(huán)境條件下自由傳感器、埋置于混凝土收縮徐變試塊和鋼管混凝土收縮徐變試塊傳感器的溫度特性修正公式;在橋址現(xiàn)場附近進(jìn)行了自然環(huán)境條件下鋼管混凝土軸壓構(gòu)件收縮徐變試驗(yàn);試驗(yàn)表明高強(qiáng)度鋼管混凝土的收縮徐變結(jié)果比普通混凝土小，鋼管和混凝土之間完全粘

5、結(jié)假設(shè)成立;基于力平衡條件、變形協(xié)調(diào)條件、按照齡期調(diào)整的有效模量法和逐步積分法推導(dǎo)了鋼管混凝土受壓構(gòu)件在考慮緊箍力和不考慮緊箍力狀態(tài)下的長期變形計(jì)算公式，并進(jìn)行了參數(shù)分析;計(jì)算表明本文推導(dǎo)的公式簡單，具有較高精度，考慮自然環(huán)境條件下的混凝土收縮徐變預(yù)測模型能進(jìn)一步提高預(yù)測精度。（第4章）
　　4、在勁性骨架混凝土拱橋模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對成拱階段拱圈溫度效應(yīng)進(jìn)行了測試。另外，還實(shí)測了施工和成拱階段拱圈的長期變形、鋼管和混凝土應(yīng)力情況

6、。試驗(yàn)結(jié)果表明，拱圈沿拱軸線方向上溫度呈現(xiàn)非均勻分布;隨時(shí)間變化，拱圈關(guān)鍵截面位移和應(yīng)力呈周期性變化，非均勻溫度效應(yīng)對混凝土拱箱變形和應(yīng)力有較大影響;受混凝土收縮徐變效應(yīng)的影響，施工過程和成拱階段拱圈位移逐漸增加，混凝土應(yīng)變和鋼管應(yīng)力隨時(shí)間逐漸增加，由混凝土收縮徐變引起的拱圈長期變形效應(yīng)不容忽視。（第5章）
　　5、基于溫度場試驗(yàn)結(jié)果和氣象參數(shù)的混凝土箱梁有限元分析方法，綜合分析拱箱特點(diǎn)，建立了沿拱圈方向不同邊界條件的二維平面溫度

7、場模型;將二維模型計(jì)算的沿梁高度方向上的非線性溫度梯度轉(zhuǎn)化為便于ANSYS中梁單元使用的線性溫度梯度，并用于拱圈三維梁單元溫度效應(yīng)分析;最后用三維實(shí)體有限元模型和試驗(yàn)結(jié)果對上述模型進(jìn)行了驗(yàn)證。研究發(fā)現(xiàn)，沿拱軸線方向溫度分布不同的二維平面溫度場模型可用于分析拱箱的溫度場和豎向溫度梯度，三維梁單元溫度效應(yīng)模型計(jì)算的拱圈關(guān)鍵截面溫度應(yīng)力和變形與實(shí)測結(jié)果吻合良好。（第6章）
　　6、基于收集的橋址處溫度、相對濕度和降雨量等參數(shù)，用ANSY