大跨连续刚构施工过程中的收缩徐变分析控制.docx

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大跨连续刚构施工过程中的收缩徐变分析控制

论文题目：

大跨连续刚构施工过程中的收缩徐变

分析控制

摘要

目前，国内外兴起修建大跨连续刚构的热潮。

在大跨连续刚构的建造过程中存在一些亟待解决的问题：

施工过程中应力测量值普遍偏大，成桥后期徐变挠度超过预期值过多，收缩徐变使墩顶在纵向有明显偏位等。

本文从混凝土收缩徐变的机理、影响因素、及计算理论方面对上述问题作了一定程度的探讨，并率先提出了有效的解决方法，对今后大跨连续刚构的成桥后期挠度控制有着重要的意义。

关键词：

混凝土、收缩、徐变、施工控制

ABSTRACT

Atpresent，thecontinuousrigidframebridgesareintheupsurgeofbuilding.Inthebuildingofthesebridges,therearesomeproblemessuchasthestressmeasuredislargerthanthevaluecalculated,afterthebridgeswerecompleted,thecreepdisplacementsarefarmorethanthevaluespredictedandthereareobviouslengthwaysdisplacementsonthetopofpiersforshrinkage-creep.Fromtheviewofmechanism,infectionfactorsandcomputationaltheoriesaboutshrinkageandcreep,thearticlestudiedtheseproblemestosomeextentandtooktheleadinputtingforwardtheresolvents.Theseresolventswillplayagreatroleinthecreepdisplacementscontrolofthecontinuousrigidframebridgesinthefuture.

KEYWORDS:

concrete,shrinkage,creep,constructioncontrol

目录

第一章绪论…………………………………………………………………………1

1.1收缩徐变对结构物的影响…………………………………………………1

1.2收缩徐变对大跨度刚构的研究意义………………………………………2

1.3收缩徐变研究的历史和现状………………………………………………4

1.4本论文的主要任务…………………………………………………………6

第二章混凝土收缩徐变的机理………………………………………………7

2.1混凝土收缩的机理…………………………………………………………8

2.2混凝土徐变的机理…………………………………………………………9

第三章影响混凝土收缩徐变的因素…………………………………………14

3.1影响混凝土收缩的因素……………………………………………………14

3.2影响混凝土徐变的因素……………………………………………………17

3.3影响收缩、徐变因素的重要性比较………………………………………24

3.4施工中应注意的问题………………………………………………………25

第四章收缩徐变对结构物性能的影响……………………………………27

4.1配筋构件因收缩、徐变导致的内力重分布………………………………27

4.2超静定结构因收缩、徐变导致的力重分布………………………………33

4.3施工过程中收缩徐变对连续刚构的内力和挠度影响……………………34

第五章关于收缩徐变的计算理论和方法…………………………………37

5.1混凝土收缩应变的预计……………………………………………………37

5.2混凝土徐变应变的预计……………………………………………………38

5.3混凝土徐变计算的几种理论………………………………………………43

5.4混凝土收缩徐变计算的有限元步进分析…………………………………51

第六章施工控制中关于收缩和徐变的若干问题…………………………57

6.1收缩徐变对应力监测结果差异分析的影响………………………………57

6.2减小成桥后期挠度的方法…………………………………………………65

第七章结束语……………………………………………………………………76

参考文献……………………………………………………………………………77

致谢

第一章

绪论

1.1收缩徐变对结构物的影响

收缩、徐变是在混凝土结构物中的变形（应变）随时间而不断持续发展的一种现象。

尽管它的发展趋势具有衰减的特点，但是其绝对量值对混凝土结构物变形和内力的影响一般是不可以忽略的。

混凝土的收缩是不依赖于荷载而与时间有关的变形。

它往往导致结构物的局部收缩裂缝，整体轴线方向的缩短（或由于湿胀作用而伸长），轴线曲率的改变。

因此收缩将对桥梁结构物的桥面线形和挠度产生一定影响。

国内外的调查资料表明：

钢筋混凝土建筑物裂缝产生的原因中，属于荷载引起的约占20%，属于变形（温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等）引起的约占80%，其中混凝土收缩占主导地位[1]。

混凝土的收缩裂缝容易引起结构物的间接破坏，关于这一点，最普遍的就是由于混凝土初期收缩导致混凝土地板上的随机分布的细小裂缝，以及新浇桥面的干缩裂缝。

一般情况下，这种裂缝的走向不规则，宽度和深度有限，常产生于混凝土表面，虽然不是什么大的缺陷，但是如果所处环境的温度较低，裂缝发生在容易受冻融的部位，则由于受到反复的冻融循环作用而会成为结构破坏的间接原因。

除此以外，在不允许出现拉应力的结构物中更不允许出现裂缝，如防止渗漏的压力容器、水罐、储油罐和处于高度腐蚀环境中的结构。

收缩是一种可以逆转的现象，如果将干燥的混凝土浸泡于水中，混凝土充分吸水后几乎可以恢复到未失水前原来的体积[2]，即通常所说的干缩湿胀现象。

因此，干湿条件的循环将使混凝土体积发生收缩和膨胀的循环。

这是桥梁结构物的挠度随季节而波动的主要原因之一[3]。

徐变是既依赖于荷载又与时间有关的一种非弹性变形。

它主要控制着桥梁结构物的长期挠度或反拱。

预应力混凝土桥梁的挠度改变将使桥面纵坡随着时间而改变，这直接影响到运营质量。

例如在中间带铰的T型刚构桥梁中，铰处的转角随着徐变的发展而变化，不仅影响到行车舒适性，而且由于汽车冲击作用的加剧将导致缩短其使用寿命。

在由于预应力钢筋徐变而引起不断伸长的桥梁结构中，如拱桥的拉杆、斜拉桥的拉索等，在设计中必须考虑预应力筋的徐变作用[3]。

桥梁轴线方向约束条件下的徐变影响是不容忽略的，Koror-Babeldaob悬臂桥的倒塌事故[4]给予了我们深刻的教训。

此外，国外的调查资料表明：

没有考虑收缩徐变而设置的收缩缝，三年的运营期后可能发生撕裂[5]。

对于主要承受压力的细长结构，应充分考虑到由于徐变产生的附加挠度对其稳定性产生的影响，因此研究大跨径拱桥的徐变对其稳定性具有重要的意义。

在房屋建筑中，楼板梁的上拱可能导致隔墙等开裂、屋面排水故障或损坏其美观。

由于混凝土的徐变作用，给钢筋混凝土和预应力混凝土带来有利和不利两方面的影响。

从不利方面看来，它可以造成预应力损失，增加挠度，降低钢筋和混凝土的粘着力等。

从有利方面看来，它可以使弹性的温度收缩应力大大地松弛，根据变形速率及混凝土龄期，它对应力降低的程度约0.3～0.8倍，保温保湿养护越好，降温越慢，松弛系数越小，具体数字可参考文献[6]、[7]。

收缩、徐变直接影响到结构物的美观、安全、使用和耐久性。

它们除了引起桥梁结构物的几何变位以外，还将引起预应力结构的预应力损失；使配筋构件由于钢筋的约束发生截面内力重分布（实际上也可视为材料差异）；在叠合梁中，由于收缩徐变的时间差异（先浇与后浇）或材料差异（钢材与混凝土）将导致截面内力重分布；在超静定结构物中，由于收缩徐变变形受到多余约束的限制将产生随时间而改变的二次内力，也即结构内力发生重分布。

这些都是在结构设计和施工控制中必须考虑的问题[3]。

1.2收缩徐变对大跨度刚构的研究意义

桥梁中的简支梁桥由于最大弯矩发生在跨中，为了抵消自重产生的弯矩则跨中截面需加大，截面的加大将增加自重弯矩。

最终，截面材料的绝大部分用于抵消自重弯矩，从而使跨径受到限制。

要增大跨度，有必要采取一种合理的结构形式：

使得弯矩最大截面处由于截面的加大（自重增量ΔG）而引起的该截面弯矩增量（ΔM）相对较小，即ΔM／ΔG较小。

T型刚构桥就是符合这种特点的结构形式，梁在跨中的高度小，而支点的高度大，使得最大弯矩截面位于支点处。

但是建造大跨度T型刚构桥遇到了两方面的问题：

一方面，支点负弯矩的过大带来了桥面裂缝，影响到结构的寿命；另一方面，在海湾、深谷、大江、大河上架桥采用原先的满堂支架施工已显得无能为力。

这两个问题随着预应力混凝土结构的发展和悬臂施工技术的产生相继得以解决，从此大跨度预应力T型刚构桥开始发展起来。

T型刚构桥的墩梁固结的结构形式虽然可以抵抗其悬臂施工中的的较大不平衡弯矩，但是为了抵抗施工中的不平衡弯矩与运营时活载或其它附加力所产生的弯矩，其桥墩的抗弯刚度和抗推刚度都相当大。

对于带铰的T型刚构，当预应力、混凝土收缩徐变和温度变化引起结构变位时，在墩梁固结处产生的推力和弯矩将很大。

此外，铰处的折角造成车辆波动，剪力铰也易损坏。

带挂梁的T型刚构虽然缓和了行车，但是伸缩缝的增多、牛腿构造的复杂和易损害，以及施工上设备的增多（吊装挂梁的设备）又无法避免。

近年来，高速公路的迅速发展要求行车平顺舒适，上述的T型刚构已不能很好地满足要求，使得连续梁桥得到了迅猛发展。

连续梁在悬臂施工时要求墩梁临时固结，合拢后墩梁固结处改设支座转换体系成为连续梁。

尽管连续梁桥有利于行车舒适，但是施工中需要墩梁临时固结和体系转换；同时需要大吨位的盆式支座，费用高，养护工作量大。

可见连续梁仍然不是十分理想的桥型。

采用双薄壁高墩的连续刚构桥（由于薄壁高墩的柔性使得其具有连续梁的受力特点，故有学者将其归为连续梁一类[5]，如美国Houston运河桥一样采用刚性墩的连续刚构比较少有）同时继承了T型刚构和连续梁的优点：

其梁体连续、墩梁固结的结构形式既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的优点，又保持了T型刚构不设支座、不需体系转换，方便施工的优点。

墩身将较大的抗弯刚度和较小的抗推刚度结为一体，利用薄壁高墩大的抗弯刚度保持桥面的平整，利用其小的的抗推刚度来适应桥梁的水平变位，并且由于双墩的“消峰”作用可以减少墩顶负弯矩峰值，从而有效地改善了结构的受力状况，更适合建造大跨度的桥梁，是一种比较理想的桥型。

国内已修建了诸如洛溪大桥（65+125+180+110m）、东明黄河大桥（75+7×120+75m）、黄石长江大桥（162.5+3×245+162.5m）、虎门大桥辅航道桥（150+270+150m，97年位居世界首位）、重庆黄花园大桥（137+3×250+137m）等一大批大跨径连续刚构桥。

国外如澳大利亚的Mooney桥（130+220+130m）和门道（Gateway）桥（145+260+145m）、英国Orwell桥以及现在跨径居世界首位的挪威RaftSundet桥（86+202+298+125m）。

目前，我国修建大跨连续刚构桥的热潮正在进行之中，仅在重庆市在建的大跨度连续刚构桥就有3座，其它如奉节长江大桥（主跨280m）、伶仃洋通道横门东航道桥（主跨319m）等也正在进行之中。

可见连续刚