预应力混凝土梁长期变形影响因素研究

苏聪聪

摘要：针对预应力混凝土梁长期变形，分别采用现行规范和根据试验获取的两种徐变系数模式，运用软件预应力混凝土梁长期挠度进行分析，并与其长期挠度实验实测值进行对比，指出了软件分析梁长期变形时所应注意的问题，并分析了徐变及其损失、收缩及其损失、预应力松弛等因素等该类梁长期挠度增量的贡献。

关键词：预应力;混凝土梁;长期变形

中图分类号：U445.71 文献标识码：A 文章编号：1672-9129（2019）13-0037-01

Abstract： in view of the prestressed concrete beam deformation for a long time， respectively， using the current specification and according to the test for two kinds of creep coefficient model， using the software of prestressed concrete beam deflection is analyzed for a long time， and its long-term deflection， comparing the experimental measured points out the software analysis of beam deformation problems which should be paid attention to for a long time， and analyzes， shrinkage and creep and loses， prestressed relaxation factors such as the beam deflection incremental contribution for a long time.

Key words： prestress; Concrete beams; The long-term deformation

1 研究背景及現状

自20世纪80年代以来，国民经济持续稳定发展促进了公路、铁路和城市交通体系的建设进程，高速公路及高速铁路快速发展，公路桥梁和铁路桥梁数量日益增加。已建成的桥梁在运营过程中暴露出长期变形过大引起的混凝土开裂，并引发了梁体刚度退化及耐久性失效等一系列导致长期性能降低的现象。近年来，高速运行车辆的安全性与舒适对桥面的平顺性提出更高要求，本研究为桥梁长期变形预控提供依据，并降低桥梁因变形过大造成的后期加固维护费用。

预应力长期损失引起的时变应力造成徐变恢复及徐变与预应力损失耦合作用，对混凝土徐变性能影响较大。对预应力混凝土梁长期变形进行试验监测，同时用有限元建模分析，分别采用现行规范和由试验获取的两种徐变系数模式，进行梁的长期变形计算。预应力混凝土梁长期变形增量的影响因素错综复杂，一方面预应力混凝土梁的变形随时间不断增长，另一方面影响其长期变形性能的因素众多且相互耦合，所以，从纵向考虑变形随时间的增量的变化趋势，同时又从横向分别单独考虑上述时变因素及各因素相互组合耦合的效应，并对比分析其对长期变形的贡献。

预应力损失计算方法及徐变系数模式选取尚存争议[5]，这对该类梁长期变形预控造成影响。本文分别采用现行规范和根据试验获取的两种徐变系数模式，运用软件对梁长期挠度进行分析，并与其长期挠度实验实测值进行对比，指出了该软件分析折线先张梁长期变形时所应注意的问题，并分析了徐变及其损失、收缩及其损失、预应力松弛等因素等该类梁长期挠度增量的贡献。

2 有限元建模

采用Midas Civil有限元分析软件对试验梁建模并进行长期变形（挠度）计算。

梁全长7.5m，计算跨度7.2m，钢绞线fptk=1860MPa。截面图及钢束线型如图1、图2所示。有限元模型如图3所示。

时间依存材料特性定义，分别采用按规范和自定义收缩徐变的方法计算长期变形（挠度）。自定义收缩系数公式和收缩应变公式如下。

第一个施工阶段考虑自然条件养护28d后张拉（放张），第二个施工阶段考虑二次加载，第三个施工阶段考虑长期时变效应，将加载后十年内划分为若干个代表性时间点，即划分为若干个步骤。为分析上述各因素对长期变形的时间效应，考虑不同的组合工况。

3 结果分析

将Midas软件计算的数据结果进行整理对比分析如图4所示，不同时间点挠度如表1所示。

4 结论与建议

（1）运用MIDAS-CIVIL软件对折线预应力混凝土先张梁分析时，自定义徐变系数模式计算长期挠度精度相对较高;随着折线先张梁工程应用日益广泛，该软件对折线先张梁分析时，预应力第一批损失、徐变系数模式等试验数据需写入软件库，且徐变系数模式尚需进一步修正。

（2）对预应力混凝土先张梁，加载3年时，预应力长期损失及其与收缩徐变耦合产生的挠度占长期挠度增量的比值随着时间增加而趋于稳定，加载10年时，该因素引起的挠度增量占长期挠度增量的10%左右。

（3）本文成果可为大型桥梁设计软件在进行长期变形分析时如何解决预应力损失的计算提供了新课题;对大跨桥梁长期挠度精确的计算公式提供基础资料，为桥梁长期变形预控提供依据;桥梁长期变形预控精确度，直接关系到列车和车辆运行的可靠性和舒适性，并降低桥梁因变形过大造成的后期加固维护费用，仅此一项的社会效益既是巨大的，大大节省了桥梁后期运行维护费用。

参考文献：

[1] 王俊，王博，孔亚美. 预应力混凝土梁徐变挠度影响因素分析与计算模式构建[J].建筑结构，2016，46（6）（中文核心）

[2] 王俊，孔亚美，刘立新. 折线先张法预应力混凝土梁长期挠度实用计算公式[J]. 郑州大学学报（工学版），2015，36（2）（中文核心）

[3] 唐崇钊，黄卫兰，陈灿明. 工程混凝土的徐变测试与计算[M]. 南京：东南大学出版社，2013. p227-238.

[4] 周东卫. 高速铁路混凝土桥梁徐变变形计算分析及控制措施研究[J]. 铁道标准设计，2013，（6）：65-67.

[5] 薛照钧. 高铁特大跨混凝土连续梁徐变设计应用研究[J]. 桥梁建设，2011，（4）：23-26.