混凝土徐变对系杆拱桥影响探析.docx
混凝土徐变对系杆拱桥影响探析收缩徐变作为混凝土构造固有特性,随着时间地延伸，它会不断地变化1。尤其针对一些比拟敏感的混凝土构造，如悬臂端、预应力混凝土连续梁等,其收缩徐变影响更为明显。本文以一工程实例为背景，利用有限元软件迈达斯进行桥梁模拟，通过对不同收缩徐变情况的讨论，得出混凝土收缩徐变对系杆拱桥的影响。关键词：收缩；徐变；迈达斯；系杆拱桥在混凝土凝结的经过中，其体积遭到物理、化学的作用而发生减小的现象称为混凝土收缩2。在长期的荷载作用下，构造或材料承受的应力不变，混凝土的应变将随着时间的增加而增加的现象称为混凝土徐变2。随着公路交通事业的快速发展，越来越多的桥梁需要修建，所以混凝土的收缩徐变对桥梁构造的影响越来越明显。钢筋混凝土或预应力混凝土系杆拱桥的加劲梁及拱肋一般体积较大，随时间而变化的收缩徐变遭到内部配筋的约束将导致内力的重分布2。并且，系杆拱桥的吊杆是锚固在端部的横梁和拱肋上的，主拱圈、吊杆和横梁组成一个互相连接的体系，因而混凝土的收缩徐变必然引起吊杆的内力及主拱圈挠度的变化。所以，从钢筋混凝土及预应力混凝土系杆拱桥构造的安全性和线形稳定性的角度出发，必须把混凝土收缩徐变对其构造的影响加以考虑。对桥梁构造在施工、使用经过中的安全性、耐久性有着科学的现实意义。1收缩徐变原理1.1收缩原理及影响参数混凝土的收缩一般指在空气中收缩。一般来讲,混凝土的收缩机理主要有硬化收缩、失水收缩、碳化收缩三种4。随着时间的推移，混凝土的收缩产生的变形在增加，在混凝土化学反响初期，其收缩产生的变形发展最快；一般情况下，两周内可完成全部收缩的1/4；一个月可完成全部收缩的1/2；三个月后，其变形增长的速度变得缓慢；两年以后基本趋于稳定，其收缩值最终约为(26)×10-43。针对混凝土收缩的原因，首先是混凝土在制作经过中，其配合比和组成是影响混凝土收缩的重要原因。水泥用量和水灰比越大，混凝土的收缩就越大；再次是在前期的水泥凝固结硬经过中，水泥石在水化反响产生的体积变化；其次是在养护经过中，自由水分在混凝土内部的蒸发而引起的构造干缩，枯燥缺水也是导致收缩变大的重要因素。因而，混凝土构件的养护，应保持在温度与湿度适宜、水分充足的环境中进行。在高温湿养蒸汽养护环境中，混凝土水化作用得到加快，混凝土中的自由水分明显减少，所以混凝土的收缩就变小了；相反，假如在温度、湿度不适宜的环境中，温度越高，相对湿度越低，其收缩变形就越大。1.2徐变原理及影响参数混凝土徐变的主要原因，是由于混凝土在荷载长期作用下，混凝土中的凝胶体水分的逐步压出导致水泥石的稳定性遭到毁坏，引起了水泥石之间的粘性流动，其构造中的微细空隙因构造的蠕动而逐步闭合，进而结晶体在构造内部逐步滑落，构造中微小的裂缝逐步产生5。混凝土徐变的影响因素有很多，其主要的因素有下面几个方面：1)在长期荷载作用下，混凝土产生的压应力大小。当压应力0.5fc时，徐变与应力成正比关系，称为线性徐变；当压应力介于(0.5-0.8)fc之间时，徐变与应力成非线性关系，增长较应力的增长快；当压应力0.8fc时，容易造成构造的徐变毁坏，徐变往往是不收敛的，是设计中所不允许的。2)荷载添加时，混凝土的龄期。混凝土在加载经过中，所具有的的龄期越短，则徐变结果越大。3)混凝土制作时的组成和配比。混凝土的徐变与材料的配比有关；中集料的体积比越小，徐变越小；水灰比越小，徐变也与越小，且在常温的情况下，徐变月水灰比近似线性关系。4)在养护和使用经过中环境的温度及湿度。混凝土在养护经过中，温度越高，湿度越大，水泥的水化作用就越彻底，造成的徐变就越小；反之，则徐变就越大；因而，在混凝土养护期间，应避免在高温枯燥的环境下进行养护。2工程背景某系杆拱桥为计算跨径是66m的下承式钢筋混凝土系杆拱桥，计算矢高是13.2m，矢跨比为1/5。全桥共设2道纵梁，17道横梁。其中纵梁为预应力混凝土实体长方形截面，高2.4m、宽1.8m；横梁分为端横梁与中横梁；端横梁采用高2.14m，宽2.2m，厚度0.45m的预应力混凝土长方形空心截面；中横梁采用高1.5m，宽0.6m的预应力混凝土实体长方形截面。桥面构造采用纵横梁体系，上部铺上整体桥面板。对该桥利用有限元程序Midas进行构造建模及分析。分别建立不同的收缩徐变工况，得出不同工况下的分析结果。桥梁采用Midas进行建模，根据公路桥涵设计规范，全桥共建立节点283个，单元330个。其中，横梁、纵梁、主拱圈采用的是梁单元；吊杆采用的是只受拉杆单元。所建的有限元模型如图1所示。3混凝土收缩徐变对系杆拱桥的影响系杆拱桥在建模分析经过中，分别建立了两种工况进行研究。第一种是桥梁构造在建模经过中，添加不同的加载龄期给桥梁构造造成的影响；第二种是桥梁构造在建模经过中，设置不同的相对湿度给桥梁构造造成的影响。3.1加载龄期不同的影响分析加载龄期不同是指在系杆拱桥在模型建立完成后，再分别建立3天、7天、一个月、半年、一年不同的加载龄期。根据Tells有限元计算分析，得出系杆拱桥在各个加载龄期下主拱圈线型变化及吊杆张拉力的变化。1)主拱圈线型变化成桥完成后，以不考虑混凝土收缩徐变与考虑混凝土收缩徐变后加载龄期为3天、7天、一个月、半年、一年下的影响进行比照，得出主拱圈线型的变化，见图2所示。2)吊杆张拉力变化成桥完成后，以不考虑混凝土收缩徐变与考虑混凝土收缩徐变后加载龄期为3天、7天、一个月、半年、一年下的影响进行比照，得出吊杆张拉力的变化，见图3所示。3.2相对湿度不同的影响分析相对湿度不同是指在系杆拱桥在模型建立经过中，分别定义混凝土年平均相对湿度为40%、60%、80%。根据迈达斯有限元计算分析，得出系杆拱桥在各个相对湿度下主拱圈线型变化及吊杆张拉力的变化。1)主拱圈线型变化建模经过中，以不考虑混凝土收缩徐变与考虑混凝土收缩徐变后相对湿度为40%、60%、80%下的影响进行比照，得出主拱圈线型的变化，见图4所示。2)吊杆张拉力变化建模经过中，以不考虑混凝土收缩徐变与考虑混凝土收缩徐变后相对湿度为40%、60%、80%下的影响进行比照，得出吊杆张拉力的变化，见图5所示。通过以上比照分析，能够得出下面结论：1在混凝土收缩徐变的情况下，随着加载龄期地增长，靠近支座处的吊杆张拉力增量变化最大，其中加载龄期为一年时，支座处吊杆张拉力增量值为3.6kN；随着加载龄期地增长，跨中处的主拱圈挠度增量变化最多，其中加载龄期为一年时，主拱圈挠度增量为1.1cm。因而，在施工经过中，应考虑到荷载加载时间，不能过早的把荷载加载到新浇筑的构造上。2在混凝土收缩徐变的情况下，随着相对湿度地减小，吊杆张拉力在增大，其中靠近支座处的吊杆张拉力增量变化最大，当相对湿度为40%时，吊杆张拉力增量为4.4kN；随着相对湿度地减小，跨中主拱圈的挠度在变大，其中相对湿度为40%时，主拱圈挠度增量为1.5cm。因而，在施工经过中，应增加构造物环境周围的相对湿度，减少混凝土的收缩徐变量。
