非对称独塔斜拉桥收缩徐变研究

王 永 东

(兰州交通大学，甘肃 兰州 730070)

非对称独塔斜拉桥收缩徐变研究

王 永 东

(兰州交通大学，甘肃 兰州 730070)

对天水藉河大桥运用Midas软件建立杆系有限元模型，分析此类高强混凝土不等跨独塔斜拉桥成桥时刻及成桥若干年后收缩徐变效应对主梁的挠度、梁体应力及预应力的影响，结果表明：在成桥时刻，由于施工过程中混凝土收缩徐变效应引起的主梁应力最大可占梁体总应力的25%；成桥10年后，由收缩徐变效应造成的预应力损失超过50 MPa。

高强混凝土，收缩徐变效应，挠度，预应力损失

0 引言

混凝土属于粘弹性材料，其基本特性就包括收缩和徐变，收缩是指硬化过程中体积缩小的现象，徐变是荷载长期作用下变形随时间增长的现象。两者与混凝土中集料、凝胶体的延迟弹性变形、水分的迁移等因素有关，又有诸多内部及外部因素影响它的发生，使得其发展过程不易把握。然而，收缩徐变效应在桥梁结构的总效应中占相当大的比例，使得针对桥梁结构的收缩徐变研究必不可少。另外，斜拉桥作为高次超静定结构体系，在使用过程中由于诸多因素，强度和刚度会有所下降，找出收缩徐变这一重要因素对斜拉桥内力等的影响机制，在桥梁各状况的分析中必不可少。

1 工程概况

藉河大桥为(75+110)m不等跨π形主梁，纵梁在梁中心处高2 m，宽1.8 m。悬臂段长3.8 m，悬臂板根部高度0.5 m，端部高度0.2 m。横梁为变截面预应力混凝土梁，梁高2 m～2.165 m，厚0.3 m。桥塔为H形塔，高67 m，用C60混凝土浇筑。桥塔塔身采用箱形截面，横向宽度为400 cm，纵向宽度500 cm～700 cm。塔柱间用两道Q345D钢横梁连接，其高度为3.6 m，宽度为2.5 m～3.5 m。斜拉索布置为空间扇形索面，斜拉索以竖向间距为1.5 m～3 m布置在塔上。另外，斜拉索与主梁连接锚固于纵梁外侧锚块上。

梁体采用C60混凝土，比较于常用的其他混凝土强度较高，另由理论可知，凡是收缩性大的混凝土其徐变值也大[6]。

总体布置图见图1。

2 结构有限元分析

用Midas梁单元建模过程中，模型共建立430个节点和375个单元，模型建立如图2所示。

实际施工工序为：桥塔基础及桥台施工、搭设主梁支架、塔柱施工、主梁梁段浇筑、预应力钢束张拉、挂索并初张拉、小跨梁体配重、拆除临时支架、桥面系及附属工程施工、调整斜拉索索力。

2.1 收缩徐变对主梁挠度的影响

桥梁使用过程中，混凝土收缩徐变将导致主梁挠度值产生较大变化，各个时段收缩徐变对主梁位移的影响结果是不断变化的，本文对主桥在初成桥、成桥3年、成桥10年进行计算，得出了不同时段的主梁位移值，如图3所示。

由图3可知：

1)混凝土收缩徐变效应对大跨跨中主梁截面附近影响最大，这是由于跨中附近混凝土加载龄期短。

2)以成桥时刻开始计算，在大跨跨中3年后主梁挠度为-12.1 cm，10年后为-17.2 cm，前3年发展结果占10年后总结果的70%，其后7年内收缩徐变效应发展明显减缓。

2.2 收缩徐变效应对成桥时刻主梁应力的影响

在成桥时刻，收缩徐变伴随着施工过程的进行已经有了一定程度的发展，主梁应力受到收缩徐变的影响。成桥时刻，由收缩徐变这一因素主梁产生的应力与所有应力在桥梁纵向的分布情况如图4所示。

由图4可知：

1)混凝土收缩徐变效应引起的主梁应力分布趋势与总趋势基本一致，最大可占总应力比重的25%。

2)在小跨15 m处出现了一定范围长度的拉应力，且收缩徐变效应也造成一小部分拉应力，但并未超限。

2.3 收缩徐变效应对预应力的影响

受诸多因素影响，预应力钢筋在张拉过程和受力过程中会损失一部分应力，例如:预应力钢筋本身材料造成的、张拉设备造成的、钢筋松弛造成的、温差影响造成的损失等。选取顶板束T1为例，表1给出了成桥10年后该钢束一定位置处由于收缩徐变造成的损失占总应力损失的比例(表1中零号块中心即T1钢束长度中心，中心左边距离值为负)。

表1 成桥10年T1钢束收缩徐变损失

由表1可知：

1)成桥10年后，收缩徐变在钢束两端部不会造成预应力损失，而在钢束其他位置造成的损失可高达50.4 MPa。

2)收缩徐变造成的损失最高可达到总损失的25%，故这部分损失在总预应力损失中的比重比较突出。

3 结语

随着时间，收缩徐变效应会对梁体位移、应力、预应力等造成较为复杂的影响结果，本文得到以下结论：

1)主梁大跨跨中处收缩徐变对挠度可达8 cm左右的增幅，收缩徐变在成桥后3年已完成绝大部分。说明收缩徐变在全桥荷载因素当中是很重要的一部分，收缩徐变预拱度设置时，收缩徐变引起的挠度需要足够重视。

2)在成桥时刻，由于施工过程中混凝土收缩徐变效应引起的主梁应力占到总应力的25%，在桥梁后期使用过程中这部分还会有一定程度的增幅。

3)成桥10年后收缩徐变造成的预应力损失可达50 MPa，这部分损失在预应力钢束长期效力的发挥中须得到重视。

[1] 聂 伟.新建预应力混凝土梁上拱度研究[J].公路工程,2012(3):221-225.

[2] 卫建军.三跨变截面预应力混凝土连续梁桥的收缩徐变效应[J].西安科技大学学报,2015(2):192-196.

[3] 王立峰,王子强,刘 龙,等.大跨度矮塔斜拉桥收缩徐变效应分析[J].公路工程,2013(4):58-60.

[4] 漆景星,候艳红.混凝土收缩徐变对成桥后主梁变形影响研究[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.白河大桥高强混凝土收缩徐变试验研究[D].重庆:重庆交通大学,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

王永东(1993- )，男，在读硕士