高速铁路多跨连续刚构桥累计变形及应力随机分析

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1、高速铁路多跨连续刚构桥累计变形及应力随机分析第一章绪论1.1研究背景及研究现状1.1.1研究背景随着科学技术水平的飞速发展，桥梁在我国大规模的公共交通发展中扮演着重要角色，很多结构形式复杂的大跨度桥梁由于施工工艺的改进得以实现。连续刚构桥的下部结构通常设计为薄壁柔性缴，结合主梁连续的受力特点，可以部分消除收缩徐变及温度效应引起的水平位移，并且壤顶处主梁负弯矩较大，有利于减少跨中位移。鉴于上述受力特点，该桥型的跨中梁高和截面尺寸可相应减小，使结构趋于轻型化，外形更加优美。另外，连续刚构桥填梁固结，可以明显提高顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度，因此更能满足特大跨径桥梁的受力要求，提高桥梁的跨越能力

2、。施工方面，连续刚构桥施工时壤梁无需临时固结，比连续梁桥更能发挥悬臂施工的优势，表现出更好的经济性。混凝土的收缩徐变是混凝土的固有的时变特性，不仅会影响结构变形，还会造成超静定结构的内力重新分配，使桥梁的受力状态跟初始设计状态发生偏离，促进桥梁结构变形增大；同时，影响收缩徐变的因素多而复杂，且通常表现出较大的变异性，因此混凝土收缩徐变效应不仅会增大桥梁的晓度，还会使桥梁的烧度变化趋于复杂化和不确定性。对于釆用悬臂现饶法施工的预应力刚构桥，各现绕段混凝土龄期前后不同，桥梁受混凝土收缩徐变影响更加复杂。建成后的预应力混凝土连续刚构桥在运营数年后，逐渐出现了不同程度的病害，主梁跨中长期下晓问题成为

3、现阶段大跨径预应力混凝土连续刚构桥急需解决的关键技术难题。国内外很多已建成跨径超过100m的预应力混凝土连续刚构桥都不同程度的出现了上述问题，表1-1和表1-2分别列举了国内外部分大跨径预应力混凝土连续刚构桥的下烧情况。1.2研究的目的和主要内容随着我国铁路基础建设的快速发展，大跨度预应力混凝土连续刚构桥已经成为现在铁路大跨度混凝土桥梁的主力桥型。现在流行的混凝土收缩徐变计算模型及方法仍不能完美的预测收缩徐变效应对大跨度桥梁的影响，且大部分工程实测值都比预测值偏大，目前已经有多座公路大跨度预应力混凝土连续刚构桥出现跨中开裂、下挠过大等病害，但是却鲜有鲜有铁路预应力混凝土连续刚构桥长期下烧过大

4、的案例报道。因此，考虑混凝土收缩徐变效应不确定性，从概率层面研究高速铁路大跨度预应力混凝土连续刚构桥在长期荷载作用下的跨中下烧和应力变化，不但对于铁路桥梁的工程实践有指导意义，同时对于同类型公路桥梁的设计与施工同样有着借鉴意义。（1）广泛搜集国内外有关混凝土收缩徐变的研究资料，介绍了混凝土收缩徐变的形成机理、影响因素和最新的研究进展，详细评述了国内外被工程界和学术界普遍接受的几种混凝土收缩徐变预测模型。（2）通过对混凝土收缩徐变机理及收缩徐变效应计算理论的研究，深入分析并确定对收缩徐变效应预测结果产生影响的随机因子及其概率分布特性，包括收缩徐变预测模型的不确定性、张拉控制应力的不确定性以及荷

5、载大小的不确定性等。（3）以某高速铁路（94+168+84）m的预应力混凝土连续刚构桥作为工程背景，总结其长期变形和应力随机分析的基本原理，介绍本文采用的基于响应面的MonteCarlo分析方法，并确定考虑混凝土收缩徐变效应情况下的随机因子的抽样点取值。（4）采用CEB-FIP78收缩徐变模型，用基于响应面的MonteCarlo抽样技术，对该桥在收缩徐变效应下的结构响应进行随机分析。该桥的长期变形和结构应力随机分析结果显示，混凝土收缩徐变对高速铁路连续刚构桥长期结构响应的影响不是特别显著。（5）响应面法将结构响应拟合为每个随机变量的函数表达式，可以方便的进行结构响应对随机变量的敏感性分析，得

6、到每个随机变量对结构响应的重要程度，以便在工程施工对较重要的随机变量中开展相关材料试验以及统计分析。第二章混凝土收缩徐变基础理论2.1混凝土收缩徐现基本概念2.1.1混凝土收缩在混凝土绕筑初期，混凝土内部的钢筋或者其他节点支座会约束限制收缩引起的混凝土体积减小，造成混凝土内部产生次生应力，由于混凝土的抗拉强度很低，一拉就裂，所以混凝土收缩很容易引起混凝土开裂，对结构的安全性以及耐久性都造成不利影响。在混凝土收缩漫长的持续时间内，前期收缩速度很快，随时间增加收缩速度不断下降，研究表明混凝土2个星期内的收缩值可达20年总收缩值的14%-34%；3个月内达到40%-80%，在1年内达到66%-85

7、%。依据收缩机理的不同，混凝土的收缩可以分为自收缩、干燥收缩和碳化收缩三种。所谓自收缩是指在没有水分转移下发生的收缩，其产生的原因是水泥水化物的体积小于参与水化反应的水和水泥的体积。干燥收缩是指当混凝土暴露在大气中，由于混凝土内部吸附水的散失，引起混凝土体积的减小。自收缩的量值要远远小于后期的干燥收缩，因而，在实际工程应用中，自收缩与干燥收缩在计算模型中一起考虑。碳化收缩是由于混凝土的水泥化合物与二氧化碳发生