考虑徐变特性的公路预应力混凝土简易梁桥变形的随机分析

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1、考虑徐变特性的公路预应力混凝土简易梁桥变形的随机分析第1章绪论1.1论文研究的目的和意义据不完全统计，在全球范围内的己建桥梁中，混凝土桥梁所占比例最大：其中欧洲和美国的混凝土桥梁占总在建桥梁的70%以上，而在我国，比例更大，达到了90%以上。混凝土桥梁形式多种多样/由简支结构、小跨径连续结构逐步向大跨度连续结构发展，发展应用前景广阔。在混凝土桥梁得到广泛应用的同时，部分己建成混凝土桥梁也相继出现问题。其中，70%以上的大跨度预应力混凝土桥梁运营数年后都出现不同程度的病害，据统计，美国在上世纪80年代，桥梁维修费用约为1550亿美元；本世纪初计划：对桥梁进

2、行全面的维修费用己达到了12000亿美元。在英国运输部曾抽检调查的200座混凝土公路桥梁之中，有近三分之一的桥梁运营条件不良，而被检出的运营条件不佳的桥梁10年维护、修复费用预计将要达到6200万英镑。我国交通运输部的一项调查结果表明，中国约有近一半的公路桥梁使用了20?40年以上，这些桥梁多数都己在结构上存在着不同程度的损坏。近30年来，新建的桥梁在使用5~10年便出现严重的病害甚至出现跨塌的情况也屡有发生。通过对现有桥梁实例与相关文献的总结分析，预应力混凝土梁桥的病害主要有如下几方面[3][4][5]:1.梁体开裂：在预应力混凝土桥梁中，不少混凝土箱

3、梁会在其顶板、底板、腹板、齿块及预应力铺头附近等部位出现形式各异的裂缝；2.钢筋锈烛：钢筋锈烛后体积膨胀导致混凝土开裂或表面成块脱落，使之曝露在空气中，恶性循环，对桥梁的危害不可忽视；3.梁体下晓：由于混凝土收缩徐变、预应力损失、结构刚度变化等原因引起梁体烧度过大，不但会使跨中主梁下H，还会破坏桥面铺装层，从而影响桥梁的使用寿命与行车的舒适性；4.桥面不平整，铺装层的不规则网状裂缝：在超载、大件运输车辆荷载的长期作用下，桥面板在桥梁尚未达到设计年限期时即出现网状开裂或凸四不平；5.桥梁附属构筑物的病害：例如桥梁梁体的伸缩装置，由于设置在梁端较为薄弱的部位

4、，在受到桥面温度变化及车辆荷载作用的反复作用，很容易损坏。1.2国内外研究现状自1907年Hatt最初观测到混凝土收缩徐变现象至今己有百年历史，而针对混凝土徐变的研究也有数十年之久，研宄虽取得了不少喜人成果，然而要完全准确的理解混凝土的收缩徐变效应仍然任重道远。混凝土结构的徐变分析主要要解决两个关键问题：1.合理建立混凝土徐变模型2.将混凝土徐变模型以正确的计算分析方法应用于实际结构分析。目前比较具有代表性的徐变模型有：国际预应力协会与欧洲混凝土委员会提出的CEB-FIP1978模型，CEB-FIP1982模型与CEB-FIP1990模型⑴],其中CEB

5、-FIP模型被中国规范引入公路与铁路桥规；美国混凝土协会209委员会所提出的ACI209模型西北大学Bazant教授提出的BP模型，BPKX模型以及最新版本的B3模型N.J.Gardner和J.onteCarlo法，Taylor展开法，摄动法,Neumann展开法，Neumann-PCG法等[43]。分析中用到响应面法是数学方法与统计方法综合应用的一套统计方法，它在考虑了随机变量的变异性或不确定性之后通过统计的方法来寻找最佳的响应值，是处理结构随机分析的有效方法。.2.2混凝土徐变预测模型由于对收缩徐变机理的理解各有不同，不同国家以及组织都提出了各自关于

6、混凝土收缩徐变效应的设计规范及计算理论和方法，计算表达式存在一定的差异，繁简各异，精度上也各不相同。因此，对于混凝土收缩徐变的研究仍处于不断发展和完善的阶段，还需要大量的研究和探讨。根据已有关于徐变试验的数据资料，利用数学理论方法可构建出徐变与加载龄期以及持荷时间之间的关系表达式，常用的徐变表达式有：双曲线函数、幂函数、指数函数、对数函数等。在有具体的试验资料的前提下，可以通过数学理论建立徐变表达式，但在缺乏或没有试验资料的情况下，就需要借助徐变预测模型来进行徐变值估算。在大量试验数据基础上许多学者根据不同徐变机理提出了各自的徐变预测模型，这些预测模型通

7、过考虑加载龄期、环境相对湿度以及混凝土材料等因素对混凝土收缩徐变的影响而得到的，目前常用混凝土的收缩徐变预测模型有：ACI209系列、CEB-FIP系列、GL2000、B3等。下面对这些预测模型进行简单的描述。第3章钢筋混凝土梁变形随机分析........253.1引言........253.2钢筋混凝土梁变形试验分析........253.3基于分片响应面的蒙特卡罗抽样法........293.4钢筋混凝土梁变形随机分析结果比较........323.5钢筋混凝土梁加载全过程非线性变形的随机分析........383.6本章小结........42第4

8、章预应力混凝土梁变形随机分析........444.1引言........444