非對稱獨塔斜拉橋收縮徐變研究

王 永 東

(蘭州交通大學，甘肅 蘭州 730070)

非對稱獨塔斜拉橋收縮徐變研究

王 永 東

(蘭州交通大學，甘肅 蘭州 730070)

對天水藉河大橋運用Midas軟件建立桿系有限元模型，分析此類高強混凝土不等跨獨塔斜拉橋成橋時刻及成橋若干年后收縮徐變效應對主梁的撓度、梁體應力及預應力的影響，結果表明：在成橋時刻，由于施工過程中混凝土收縮徐變效應引起的主梁應力最大可占梁體總應力的25%；成橋10年后，由收縮徐變效應造成的預應力損失超過50 MPa。

高強混凝土，收縮徐變效應，撓度，預應力損失

0 引言

混凝土屬于粘彈性材料，其基本特性就包括收縮和徐變，收縮是指硬化過程中體積縮小的現象，徐變是荷載長期作用下變形隨時間增長的現象。兩者與混凝土中集料、凝膠體的延遲彈性變形、水分的遷移等因素有關，又有諸多內部及外部因素影響它的發生，使得其發展過程不易把握。然而，收縮徐變效應在橋梁結構的總效應中占相當大的比例，使得針對橋梁結構的收縮徐變研究必不可少。另外，斜拉橋作為高次超靜定結構體系，在使用過程中由于諸多因素，強度和剛度會有所下降，找出收縮徐變這一重要因素對斜拉橋內力等的影響機制，在橋梁各狀況的分析中必不可少。

1 工程概況

藉河大橋為(75+110)m不等跨π形主梁，縱梁在梁中心處高2 m，寬1.8 m。懸臂段長3.8 m，懸臂板根部高度0.5 m，端部高度0.2 m。橫梁為變截面預應力混凝土梁，梁高2 m～2.165 m，厚0.3 m。橋塔為H形塔，高67 m，用C60混凝土澆筑。橋塔塔身采用箱形截面，橫向寬度為400 cm，縱向寬度500 cm～700 cm。塔柱間用兩道Q345D鋼橫梁連接，其高度為3.6 m，寬度為2.5 m～3.5 m。斜拉索布置為空間扇形索面，斜拉索以豎向間距為1.5 m～3 m布置在塔上。另外，斜拉索與主梁連接錨固于縱梁外側錨塊上。

梁體采用C60混凝土，比較于常用的其他混凝土強度較高，另由理論可知，凡是收縮性大的混凝土其徐變值也大[6]。

總體布置圖見圖1。

2 結構有限元分析

用Midas梁單元建模過程中，模型共建立430個節點和375個單元，模型建立如圖2所示。

實際施工工序為：橋塔基礎及橋臺施工、搭設主梁支架、塔柱施工、主梁梁段澆筑、預應力鋼束張拉、掛索并初張拉、小跨梁體配重、拆除臨時支架、橋面系及附屬工程施工、調整斜拉索索力。

2.1 收縮徐變對主梁撓度的影響

橋梁使用過程中，混凝土收縮徐變將導致主梁撓度值產生較大變化，各個時段收縮徐變對主梁位移的影響結果是不斷變化的，本文對主橋在初成橋、成橋3年、成橋10年進行計算，得出了不同時段的主梁位移值，如圖3所示。

由圖3可知：

1)混凝土收縮徐變效應對大跨跨中主梁截面附近影響最大，這是由于跨中附近混凝土加載齡期短。

2)以成橋時刻開始計算，在大跨跨中3年后主梁撓度為-12.1 cm，10年后為-17.2 cm，前3年發展結果占10年后總結果的70%，其后7年內收縮徐變效應發展明顯減緩。

2.2 收縮徐變效應對成橋時刻主梁應力的影響

在成橋時刻，收縮徐變伴隨著施工過程的進行已經有了一定程度的發展，主梁應力受到收縮徐變的影響。成橋時刻，由收縮徐變這一因素主梁產生的應力與所有應力在橋梁縱向的分布情況如圖4所示。

由圖4可知：

1)混凝土收縮徐變效應引起的主梁應力分布趨勢與總趨勢基本一致，最大可占總應力比重的25%。

2)在小跨15 m處出現了一定范圍長度的拉應力，且收縮徐變效應也造成一小部分拉應力，但并未超限。

2.3 收縮徐變效應對預應力的影響

受諸多因素影響，預應力鋼筋在張拉過程和受力過程中會損失一部分應力，例如:預應力鋼筋本身材料造成的、張拉設備造成的、鋼筋松弛造成的、溫差影響造成的損失等。選取頂板束T1為例，表1給出了成橋10年后該鋼束一定位置處由于收縮徐變造成的損失占總應力損失的比例(表1中零號塊中心即T1鋼束長度中心，中心左邊距離值為負)。

表1 成橋10年T1鋼束收縮徐變損失

由表1可知：

1)成橋10年后，收縮徐變在鋼束兩端部不會造成預應力損失，而在鋼束其他位置造成的損失可高達50.4 MPa。

2)收縮徐變造成的損失最高可達到總損失的25%，故這部分損失在總預應力損失中的比重比較突出。

3 結語

隨著時間，收縮徐變效應會對梁體位移、應力、預應力等造成較為復雜的影響結果，本文得到以下結論：

1)主梁大跨跨中處收縮徐變對撓度可達8 cm左右的增幅，收縮徐變在成橋后3年已完成絕大部分。說明收縮徐變在全橋荷載因素當中是很重要的一部分，收縮徐變預拱度設置時，收縮徐變引起的撓度需要足夠重視。

2)在成橋時刻，由于施工過程中混凝土收縮徐變效應引起的主梁應力占到總應力的25%，在橋梁后期使用過程中這部分還會有一定程度的增幅。

3)成橋10年后收縮徐變造成的預應力損失可達50 MPa，這部分損失在預應力鋼束長期效力的發揮中須得到重視。

[1] 聶 偉.新建預應力混凝土梁上拱度研究[J].公路工程,2012(3):221-225.

[2] 衛建軍.三跨變截面預應力混凝土連續梁橋的收縮徐變效應[J].西安科技大學學報,2015(2):192-196.

[3] 王立峰,王子強,劉 龍,等.大跨度矮塔斜拉橋收縮徐變效應分析[J].公路工程,2013(4):58-60.

[4] 漆景星,候艷紅.混凝土收縮徐變對成橋后主梁變形影響研究[J].交通科技,2011(1):78-81.

[5] PAN Zhihua,NAKAMURA Hidemi,WEE Tionghuan.Shrinkage Behavior of High Performance Concrete at Different Elevated Temperatures under Different Sealing Conditions[J].Journal of Wuhan University of Technology-master,2006,21(3):138-141.

[6] 管延武.白河大橋高強混凝土收縮徐變試驗研究[D].重慶:重慶交通大學,2007.

Studyonshrinkageandcreepofasymmetricsingle-towercable-stayedbridge

WangYongdong

(LanzhouJiaotongUniversity,Lanzhou730070,China)

Based on the Midas software of the Tianshuixi river bridge, the finite element model of the rod system is established, and the effect of shrinkage and creep on the deflection, beam stress and prestress of the main girder is analyzed when the bridge is established and within the next few years. The results show that at the time of bridge, due to the shrinkage and creep effect of concrete, the maximum stress of main girder can be 25% of the total stress of beam, after 10 years, the prestress loss caused by the shrinkage and creep effect is more than 50 MPa.

high-strength concrete, shrinkage creep effect, deflection, prestress loss

U448.27

：A

1009-6825(2017)24-0157-02

2017-06-13

王永東(1993- )，男，在讀碩士