混凝土徐变对桥梁施工中挠度控制的影响研究
摘要
桥梁是一种复杂的空间结构，特别是预应力混凝土桥梁。在悬臂施工中，挠度的控制是施工成功与否的关键之一，而徐变引起的变形及内力重分布是挠度控制的一个难点。混凝土徐变的发生是受力混凝土对所受载荷的一种“屈服”，然而影响混凝土徐变的不仅仅是载荷，还有许多的不定因素、非线性因素，如预应力的施加及其损失等。考虑徐变后结构的挠度计算是极其复杂的，因为它包含了包括混凝土徐变在内的许多因素，而且即使计算出预拱度，在施工之前也应将计算数据并与设计值比较，从而发现问题。
在施工控制过程中，更应根据实测的标高数据调整施工过程，如立模标高、预应力索的张拉等。在每个施工阶段特别是在合拢前应计算出预应力损失以减少或消除合拢时所引起的不合理的附加内力。在超静定结构中，结构的变形和内力都会因徐变而随时间不断变化，对于实际的工程结构，结构的整体总是分阶段建造起来的，某些荷载(如自重)也是在结构建造过程中分阶段作用在不断生长的结构上的。根据徐变的基本特性可知，徐变在混凝土早期和加载初期发展较快，所以要较准确地确定结构的内力和变形，按照施工过程进行徐变分析才有可能。对于施工周期较长的大跨度桥梁，由于结构自重占整个长期荷载的大部分，各部分混凝土龄期差别很大，讨论施工过程的徐变受力分析，不论从结构的安全性还是从结构的适用性来考虑都是很有必要的。
为了使结构分析更接近桥梁结构的真实工作状况，最好把它们模拟成由三维实体元等组成的空间组合结构模型进行计算，给施工提供指导。现代计算机和软件系统的发展，为这种大计算量的分析工作提供了可能。在目前可采用有限元通用程序进行模拟，而这需要为其提供参数依据。因此，从试验及工程实际出发来研究混凝土的徐变性能，用得到的数据而来进行计算分析，从而达到对施工挠度进行监控的目的。事实证明，这一方法更直接有效。而且做好混凝土的徐变试验，对悬臂施工也是很有帮助的。本文将在徐变时效分析理论的基础上，结合实际施工情况，通过对不同龄期的混凝土徐变特性的试验，利用有限元软件进行节段的模拟分析，对施工起到良好的指导作用。
The bridge is a kind of complicacy spatial structure, especially PC Bridge. The deflection's control is very important during the cantilever's construction. But the re-distribution of strain and inner force causing by creep caused difficulty to the deflection control. The occurrence of the concrete creep can be regarded as concrete "accept defeat" for the force. However not only the force influence concrete's creep, but also many agents such as certain agent, nonlinear agent, latent agent, and with some interact agents such as prepare stress's infliction and its loss. The deflection's computation is complicacy when considered the agents included concrete creep. So we should compare the calculation results with design date before construction to find the problem.
We should continually adjust the elevation date in construction control to reduce the error. In redundancy structure, the structure's distortion and strain will change along with time because of creep. According to the characteristic of concrete's creep, the creep grows quickly in the concrete' earlier age. For the long of bridge's construction period, the concrete's age of different part are discrepantly. So it is necessary to analyze concrete's creep in construction course.
To make the structural analysis approach true condition, it is best to simulate the bridge structure to air space composite structure form, so it can offer instruction for construction. Modern calculating machine and developing of software system make the big computation possible. For supervising and controlling of the deflection of construction, we may use the date get from the test and practicality to have computation analysis with FEM. It proof that this device is more direct to validate. Based on the time effect theory of creep and combined the test and the actual construction circumstance, the paper may be helpful to construction for it is analyzed and simulated by FEM.
在施工控制过程中，更应根据实测的标高数据调整施工过程，如立模标高、预应力索的张拉等。在每个施工阶段特别是在合拢前应计算出预应力损失以减少或消除合拢时所引起的不合理的附加内力。在超静定结构中，结构的变形和内力都会因徐变而随时间不断变化，对于实际的工程结构，结构的整体总是分阶段建造起来的，某些荷载(如自重)也是在结构建造过程中分阶段作用在不断生长的结构上的。根据徐变的基本特性可知，徐变在混凝土早期和加载初期发展较快，所以要较准确地确定结构的内力和变形，按照施工过程进行徐变分析才有可能。对于施工周期较长的大跨度桥梁，由于结构自重占整个长期荷载的大部分，各部分混凝土龄期差别很大，讨论施工过程的徐变受力分析，不论从结构的安全性还是从结构的适用性来考虑都是很有必要的。
为了使结构分析更接近桥梁结构的真实工作状况，最好把它们模拟成由三维实体元等组成的空间组合结构模型进行计算，给施工提供指导。现代计算机和软件系统的发展，为这种大计算量的分析工作提供了可能。在目前可采用有限元通用程序进行模拟，而这需要为其提供参数依据。因此，从试验及工程实际出发来研究混凝土的徐变性能，用得到的数据而来进行计算分析，从而达到对施工挠度进行监控的目的。事实证明，这一方法更直接有效。而且做好混凝土的徐变试验，对悬臂施工也是很有帮助的。本文将在徐变时效分析理论的基础上，结合实际施工情况，通过对不同龄期的混凝土徐变特性的试验，利用有限元软件进行节段的模拟分析，对施工起到良好的指导作用。
The bridge is a kind of complicacy spatial structure, especially PC Bridge. The deflection's control is very important during the cantilever's construction. But the re-distribution of strain and inner force causing by creep caused difficulty to the deflection control. The occurrence of the concrete creep can be regarded as concrete "accept defeat" for the force. However not only the force influence concrete's creep, but also many agents such as certain agent, nonlinear agent, latent agent, and with some interact agents such as prepare stress's infliction and its loss. The deflection's computation is complicacy when considered the agents included concrete creep. So we should compare the calculation results with design date before construction to find the problem.
We should continually adjust the elevation date in construction control to reduce the error. In redundancy structure, the structure's distortion and strain will change along with time because of creep. According to the characteristic of concrete's creep, the creep grows quickly in the concrete' earlier age. For the long of bridge's construction period, the concrete's age of different part are discrepantly. So it is necessary to analyze concrete's creep in construction course.
To make the structural analysis approach true condition, it is best to simulate the bridge structure to air space composite structure form, so it can offer instruction for construction. Modern calculating machine and developing of software system make the big computation possible. For supervising and controlling of the deflection of construction, we may use the date get from the test and practicality to have computation analysis with FEM. It proof that this device is more direct to validate. Based on the time effect theory of creep and combined the test and the actual construction circumstance, the paper may be helpful to construction for it is analyzed and simulated by FEM.
引文
[01] 王文涛，《刚构—连续组合梁桥》，人民交通出版社，1997。
[02] 杨高中，杨征宇等，《连续刚构桥在我国的应用和发展》，公路，1998．6／7。
[03] 卢树圣，《现代预应力混凝土桥梁结构的新发展》，桥梁建设，1996．1。
[04] 吕志涛，刘钊，孟少平，《浅谈我国预应力混凝土梁桥的技术与发展》，桥梁建设，2000．1。
[05] 刘刚亮，王中文，《虎门大桥辅航道270m连续刚构桥悬臂施工控制》，桥梁建设，2001．5。
[06] CEB欧洲国际混凝土委员会，CEB-FIP1990模式规范(混凝土结构)，中国建筑科学研究院结构所规范室译，1991．1。
[07] 王有志，薛云冱，张启海，《预应力混凝土结构》，中国水利水出版社。
[08] 汤俊生，《预应力混凝土悬臂施工及发展》，桥梁建设，1993．2。
[09] 范立础，《预应力混凝土连续粱桥》，人民交通出版社，1988
[10] 范立础，《桥梁工程》，人民交通出版社，1986。
[11] 史尔豫著，《中国预应力混凝土公路桥》，人民交通出版社，1988年3月。
[12] 惠荣炎、黄国兴、易冰若，《混凝土的徐变》，中国铁道出版社，1988。
[13] 周履、陈永春等，《收缩徐变》，中国铁道出版社，1994。
[14] Z.P. Bazant, L. Panula, 《Creep and shrinkage characterization for analyzing prestressed concrete structure》, PCI Journal 1980(5, 6):92-100.
[15] Z.P. Bazant, F. H. Writtmann, 《Creep and shrinkage in concrete structures》,John wiley & Sons Ltd, 1982:307-336.
[16] A.M. Neville, W. H. Dilger, J. J. Brooks, 《Creep of plain and structural concrete》, Construction Press, 1983.
[17] R.I. Gilbert, 《Tme effects in concrete structures》, Elsevier Scince Pubishers B.V., 1988.
[18] Z. Smerda, Vladim, 《Creep and shinkage of concrete elements and structures》,SNTL-Publishers of technical literature, PRAGUE, 1988.
[19] Hubert Rusch, Dieter Jungwirth, Hubert K. Hilsdorf, 《Creep and shrinkage:their effect on the behavior of concrete structures》,Springer-Verlag New Yord Inc., 1983.
[20] 朱伯芳，朱伯芳院士文选，中国电力出版社，1997．
[21] 中华人民共和国交通部部标准，《公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范》，1985年，人民交通出版社。
[22] 周履，《混凝土收缩徐变引起的钢—混凝土结合梁的内力重分配》，桥梁建设，2001．2。
[23] 胡文学等，《连续刚构桥应用中存在问题的探讨》，广西交通科技，2000年增刊。
[24] 王新生，《梁式桥桥面标高与预拱度的合理设计》，山西交通科技，1999．5。
[25] 刘跃华，李国平，《连续梁悬臂浇注施工挠度控制的因素问题》，上海公路。
[26] 张劲文，颜东煌译，《徐变对预应力混凝土结构连续性的影响》，国外公路，1998．6。
[27] 竹学叶，王新民，寿楠春，《施工过程与砼徐变对建筑结构变形和内力的影响》，华北水利水电学院院报，1995．4。
[28] 刘宁，刘光廷，《混凝土结构的随机温度及随机徐变应力》，力学进展，1998，22(5)。
[29] 金成棣，《混凝土徐变对超静定结构变形及内力的影响》，土木工程学报，1981，14(3)。
[30] 陈永春，马国强，《考虑混凝土收缩徐变和钢筋松弛相互影响的预应力损失的计算》，建筑结构学报，1981，6
[31] 陈永春等，《考虑非预应力钢筋影响的预应力损失的计算》，建筑技术通讯，1983，6。
[32] 范立础，杜国华等，《桥梁结构徐变次内力分析》，同济大学学报，1991，19(1)。
[33] 张春生，梁志广，李建中，《斜拉桥施工过程仿真分析》，桥梁建设，2000，2。
[34] 王武勤，《PC桥梁悬臂灌注施工挂篮的发展》，桥梁建设，1997．4。
[35] 王勖成、绍敏，《有限单元法基本原理和数值方法》，清华大学出版社，1998。
[36] 陈精一、蔡国忠，《电脑辅助工程分析ANSYS使用指南》，中国铁道出版社，2001。
[37] 美国ANSYS公司北京办事处，《ASSYS非线性分析指南》，1998．9。
[38] 王国强，《实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践》，西北工业大学，2002。
[39] 陆新征，江见鲸，《利用ANSYS Solid65单元分析复杂应力条件下的混凝土结构》，ANSYS2002会议论文集(土木)，2002。
[40] 周岑、孙利民，《钢筋混凝土结构弹塑性分析在ANSYS中的实现》，ANSYS2002会议论文集(土木)，2002。
[41] Chen woo译，《ANSYS5．7结构线性与非线性结构静力分析指南》，Structural Analysis Guide(R5．7)，2002。
[42] 刘忠，《混凝土徐变收缩的递推AEMM法》，重庆交通学院学报，1994．5。
[43] 易日，《使用ANSYS6．1进行结构力学分析》，北京大学出版社，2002。
[44] 程翔云，《悬臂施工中的预拱度设置》，公路，1995．7。
[45] 夏桂云，张建仁，《节段施工结构非线性时效分析》，国外桥梁，2001．1。
[46] 周建民，《预应力混凝土梁上拱度的预测及控制》，上海铁道大学学报，1997．4。
[47] 余慧平，《混凝土徐变与收缩特性现场试验研究》，铁道建筑技术，1997．5。
[48] 潘立本，张苏俊，《混凝土收缩与徐变的试验研究》，河海大学学报(自然科学版)，1997．5。
[49] 段明德，《预应力混凝土桥施工仿真分析徐变计算》，铁道学报，1998．5。
[50] 彭卫，杜时贵，《混凝土徐变效应的计算机分析》，西安公路交通大学学报，1999．2。
[51] 孙学先，《悬灌施工PC弯桥梁考虑混凝土徐变增量的线型控制计算》，甘肃科学学报，1999．2。
[52] 陈云鹤，唐崇钊，《配筋混凝土粘弹性参数的徐变试验研究》，工程力学，2000，10。
[53] 李传习，杨飞跃，张建仁，《节段施工桥梁的徐变变形及内力重分布研究》，中国公路学报，2000．4。
[54] 沈蒲生，罗国强编著，《混凝土结构疑难释义》，中国建筑工业出版社，1998。
[55] 朱培京，《对混凝土徐变内力问题的探讨》，公路，1997．3。
[56] 潘立本，王春武，《用有限元法求解钢筋混凝土梁长期荷载下的挠度》，河海大学学报，1998．6。
[57] 王书庆，《徐变自动增量分析方法及其实现》，同济大学学报，2000．2。
[58] 王润富，李克敌《线性徐变问题的两个定理及对计算方法的简化》，力学学报，1994．6。
[59] 段明德等，《喜旧溪河大桥连续刚构挠度计算及拱度控制》，铁道标准设计，1997，6／7。
[60] 高政国，赵国藩，《混凝土徐变分析的双功能函数表达》，建筑材料学报，2001．3。
[61] 高政国，黄达海，赵国藩，《混凝土结构徐变应力分析的全量方法》，土木 工程学报，2001．4。
[62] ACI Committee 209, 《Prediction of creep, shrinkage and temperature effect in concrete structure》,1977.
[63] 潘国强，魏道平，李祥恩，《预应力混凝土连续梁施工预拱度计算与控制》，河南交通科技，1999．3。
[64] 吴小平，宋一凡，贺拴海，《公路钢筋混凝土梁桥的长期挠度分析》，交通运输工程学报，2001．4。
[65] 彭卫，杨骊先，孙炳楠，唐锦春，《分阶段施工连续梁桥的逐步计算法》，浙江大学学报(自然科学版)，1998．1。
[66] 王勋文，潘家英，《按龄期调整有效模量法中老化系数x的取值问题》，中国铁道科学，1996．3。
[67] 丁大钧，《现代混凝土结构学》，中国建筑工业出版社，2000．
[68] Alfred G. Bishara, Member, ASCE, and Nicholas O. Papakonstan-timou 《Analysis of Cast-in Place Concrete Segmental Cantilever Bridges》, Journal of Structural Engineering, May, 1990.
[69] G.L. England M. PiLz. 《Continuity in Prestressed concrete structure Time-dependent Responses》 Proceedings of the 22nd Our Word in Concrete Structures. Singapore, 25～27 August 1997.
[70] M.Y.H. BANGASH, 《Concrete and concrete Structures: Numerical Modeling and Applications》, OC1989 Elsevier Science Publishers. LTD.
[71] Wei Yang, W. Jason, Weiss, and surendra P. Shah 《Predicting Shrinkage stress Field in concrete slab on Elastic Sub grade》Journal of Engineering Mechanics, Jan2000 Vol126, No. 1.
[72] Anders Boe Hauggaard, Lars Damkilde, and Per Freiesleben Hansen 《Transitional Thermal Creep of Early age concrete》 Journal of Engineering Mechanics, Apr1999 Vol125, No. 4.
[73] Jerome Sercombe, Christian Hellmich, Franz-Josef Ulm, and Herbert Mang 《Modeling of Early-Age Creep of Shot Crete, I: Model and Model Parameters》 Journal of Engineering Mechanics, Mar2000 Vol126, No. 3.
[74] 殷波，《ANSYS在玻璃钢-混凝土复合材料结构中的计算分析》，ANSYS2002会议论文集(土木)，2002。
[75] Sidney Midess (English) and J. Francis Young (America), 《混凝土》，中国建筑工业出版社，1989。
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