CN109492246B - 一种体内外混合配束变截面连续梁桥下挠处治的优化方法 - Google Patents

一种体内外混合配束变截面连续梁桥下挠处治的优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种体内外混合配束变截面连续梁桥下挠处治的优化方法，其包括：步骤S1、建立体内‑体外混合配束变截面连续梁桥有限元模型；根据连续梁桥的各项参数以及界面的布置形式，利用有限元分析软件ANSYS建立体内‑体外配束变截面连续梁桥空间有限元模型，计算分析桥梁成桥后的性能与参数分析；步骤S2、连续梁桥下挠行为影响因素及混合配束处治参数分析；步骤S3、体内体外混合配束连续刚构桥的优化。本发明具有原理简单、计算准确、效果明显、具有良好应用价值等优点。

Description

一种体内外混合配束变截面连续梁桥下挠处治的优化方法
技术领域
本发明主要涉及到桥梁优化领域，特指一种体内外混合配束变截面连续梁桥下挠处治的优化方法。
背景技术
目前，国内外大跨径预应力混凝土连续梁(刚构)桥的主要病害包括：主跨下挠会引起桥面线形不平顺，且引起箱梁裂缝加宽加长以及新生裂缝不断出现，从而导致结构刚度的降低，刚度降低又会进一步促使主跨的下挠。梁体开裂与主跨下挠互相影响，形成恶性循环。尽管在桥梁主梁施工控制过程中通常采用增大成桥预拱度和合龙顶推等措施，但是这些方法仅能改善主梁线形，却无法从本质上解决主跨持续下挠的问题。
根据资料调查发现，出现严重下挠开裂病害的预应力混凝土连续刚构桥中多数采用的是体内预应力技术，而对于采用体内‐体外混合配束的混凝土梁桥却鲜有出现下挠开裂等病害的报道。这是因为采用体内‐体外混合配束的方式一方面可补张拉或更换体外束来补偿体内束的预应力长期损失，也可调整体外束的线形来控制桥梁的受力状态，同时易保证混凝土浇筑质量；另一方面利用体内束弥补体外束的极限承载力低、附加构造复杂等一些不足之处，从而结合两种预应力体系各自的优点，对抑制混凝土梁桥下挠开裂病害的出现与发展具有积极的效果。
体内‐体外混合配束具有良好的技术合理性、耐久性和经济性，该类技术在世界范围内正逐步得到应用与发展，在我国也正逐渐兴起。如重庆新滩綦江大桥右幅(75+130+75)m连续刚构、苏通长江大桥深水区75m跨径引桥、上海长江大桥引桥、厦门BRT高架桥和在建的南京长江第四大桥引桥等工程均采用了此种混合配束的预应力体系。
但由于体外预应力体系在我国的应用起步时间较晚，与体内预应力技术在工程中的广泛应用相比，我国针对体内-体外混合配束悬浇变截面连续刚构桥设计方法开展的研究还较少，针对此类桥梁的设计也还未形成相应的规范。在实桥的设计与施工过程中，经常需要参考国外的相关规范。随着经济的发展，公路桥梁的建设必将继续快速发展，大跨度悬浇预应力混凝土连续刚构桥在50～150m跨度范围内仍将是主力桥型。目前悬浇变截面混凝土连续刚构桥的设计，还是以体内预应力体系为主，下挠开裂等质量通病仍是亟待解决的问题。因此，进行大跨度变截面连续刚构桥体内-体外混合配束设计方法的研究，对于更好地指导工程实践、提高我国混凝土桥梁的建设质量具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、计算准确、效果明显、具有良好应用价值的体内外混合配束变截面连续梁桥下挠处治的优化方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种体内外混合配束变截面连续梁桥下挠处治的优化方法，其包括：
步骤S1、建立体内-体外混合配束变截面连续梁桥有限元模型；
根据连续梁桥的各项参数以及界面的布置形式，利用有限元分析软件ANSYS建立体内-体外配束变截面连续梁桥空间有限元模型，计算分析桥梁成桥后的性能与参数分析；
步骤S2、连续梁桥下挠行为影响因素及混合配束处治参数分析；
利用上述步骤S1中所述ANSYS建立的有限元模型，从不同工况角度出发，运用有限元软件的徐变准则并考虑预应力筋的预应力损失，计算体内‐体外配束悬浇变截面连续梁桥服役一定年限后的主梁竖向位移和关键截面应力；
步骤S3、体内体外混合配束连续刚构桥的优化；
通过对比分析各工况结果，明确各参数对主梁下挠的敏感性，进而确定体内‐体外混合配束的预应力混凝土桥梁主要设计构造参数的选取原则，根据分析结果和设计经验提出满足性能要求的处治方法，优化体内‐体外混合配束变截面连续梁桥下挠处治方法。
作为本发明的进一步改进：所述步骤S1的详细流程为：
步骤S101、定义梁单元类型：主梁、横隔梁、桥墩采用三维梁单元模拟，体内体外预应力筋采用分段模拟，预应力筋和主梁之间用刚性梁模拟钢臂连接；
步骤S102、设定边界条件：主梁与桥墩的约束关系通过刚性连接模拟；主梁与边墩的支座模拟节点，约束其横向平动、竖向平动以及绕纵向的转动；中跨两墩的墩底节点，约束其所有的自由度来模拟墩底的固结；
步骤S103、定义预应力加载方式；
步骤S104：定义收缩徐变等效分析方式：选用徐变理论隐式6号方程进行徐变分析；采用温度效应模拟混凝土收缩效应。
作为本发明的进一步改进：所述步骤S2中考虑混合配束处治参数的计算包括：
体外束配束比例；混凝土收缩一定年限工况下，计算不同体内‐体外混合配束比例下的主梁竖向位移和主梁的内力及应力的分布情况，得到主梁跨中挠度最小时的体外束配束比例。
作为本发明的进一步改进：所述步骤S2中考虑混合配束处治参数的计算包括：预应力损失分析；混凝土收缩徐变和体内筋预应力损失耦合作用下，计算纵向预应力筋全损失和不同部位预应力筋分别损失作用下与主梁下挠的对应关系，同时考虑预应力损失大小对关键截面应力的影响以及预应力损失效应对补张拉的影响。
作为本发明的进一步改进：所述步骤S2中考虑混合配束处治参数的计算包括：体外束补张拉方法；在桥梁施工完成后，考虑混凝土收缩徐变一定年限的作用效应，分别计算桥梁在不同时间点补张拉方式相对于成桥时补张拉的竖向位移结果。
作为本发明的进一步改进：所述步骤S2中考虑混合配束处治参数的计算包括：张拉控制应力；考虑混凝土收缩徐变一定年限的作用效应，针对体外束不同张拉控制应力，计算主梁的竖向位移及相对于初始张拉应力情况下的竖向位移。
作为本发明的进一步改进：所述步骤S2中考虑混合配束处治参数的计算包括：混凝土强度；混凝土强度的高低决定着主梁刚度的大小，同时也会影响着混凝土的收缩徐变；计算混凝土收缩徐变一定年限后，不同混凝土强度等级主梁竖向位移的变化以及体外预应力筋预应力损失与关键截面应力的变化。
作为本发明的进一步改进：所述步骤S2中考虑混合配束处治参数的计算包括：体外束线形；通过改变转向块位置，计算得到不同体外索形状下主梁竖向位移以及关键截面应力的变化。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的一种体内外混合配束变截面连续梁桥下挠处治的优化方法，对于混凝土徐变的计算目前大部分采用实体单元，但对于大型结构来说，实体单元运算成本和所耗资源较大。而本发明建立的体内-体外混合配束混凝土连续刚构桥有限元模型，采用三维梁单元进行徐变分析，既节约时间成本，又针对性地提高了计算效率；且计算了主梁在混凝土收缩徐变和体内筋预应力损失耦合作用下的竖向位移的变化和主梁的内力及应力的分布情况，使整个计算模拟过程更加偏向工程实际。
2、本发明通过计算分析混合配束的多种处治参数，对于预应力混凝土连续梁(刚构)桥的主要病害(主梁下挠和箱梁梁体开裂)能够提出更具针对性和有效的处治方法。
3、本发明提供的预应力混凝土连续梁(刚构)桥的优化处治方法，处治后的预应力混凝土连续梁(刚构)桥处于良好的力学状态，有利于避免梁体开裂、刚度降低和跨中过度下挠等不良病害，对于更好地指导工程实践、提高我国混凝土桥梁的建设质量具有重要意义。
附图说明
图1是本发明实施例中连续刚构桥的左幅立面与平面示意图。
图2是本发明实施例中桥墩顶横断面(a)与跨中横断面(b)示意图。
图3是本发明实施例中ansys有限元模型的全桥模型图(a)和全桥立面图(b)。
图4是本发明实施例中不同体内-体外配束比例下主梁竖向位移图。
图5是本发明实施例中纵向全预应力筋不同预应力损失水平下主梁竖向位移图。
图6是本发明实施例中顶板不同预应力损失水平下主梁竖向位移图。
图7是本发明实施例中腹板不同预应力损失水平下主梁竖向位移图。
图8是本发明实施例中底板预应力筋不同预应力损失水平下主梁竖向位移图。
图9是本发明实施例中不同部位预应力筋预应力损失10％水平下主梁竖向位移图。
图10是本发明实施例中不同部位预应力筋预应力损失20％水平下主梁竖向位移图。
图11是本发明实施例中不同部位预应力筋预应力损失30％水平下主梁竖向位移图。
图12是本发明实施例中体外筋补张拉前后主梁位移相对变化示意图。
图13是本发明实施例中成桥后补张拉相对于成桥时补张拉位移比较示意图。
图14是本发明实施例中体外束分阶段补张拉相对成桥时一次性张拉的竖向相对位移示意图。
图15是本发明实施例中体外束不同张拉控制应力下主梁竖向位移示意图。
图16是本发明实施例中不同混凝土强度下主梁竖向位移示意图。
图17是本发明实施例中转向块不同位置下状态1的关键截面应力示意图。
图18是本发明实施例中转向块不同位置下状态2的关键截面应力示意图。
图19是本发明实施例中转向块不同位置下状态3的关键截面应力示意图。
图20是本发明实施例中转向块不同位置下状态4的关键截面应力示意图。
图21是本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图21所示，本发明的一种体内外混合配束变截面连续梁桥下挠处治的优化方法，包括：
步骤S1、建立体内-体外混合配束变截面连续梁(刚构)桥有限元模型；
为了准确分析体内-体外配束变截面连续梁(刚构)桥在混凝土收缩徐变和预应力损失耦合作用下桥梁结构的整体性能以及其对梁体下挠的影响，根据连续梁桥的各项参数以及界面的布置形式，利用有限元分析软件ANSYS建立体内-体外配束变截面连续(刚构)梁桥空间有限元模型，计算分析桥梁成桥后的性能与参数分析。
步骤S2、连续梁(刚构)桥下挠行为影响因素及混合配束处治参数分析；
利用上述步骤S1中所述ANSYS建立的有限元模型，从不同工况角度出发，运用有限元软件的徐变准则并考虑预应力筋的预应力损失，计算体内‐体外配束悬浇变截面连续(刚构)梁桥服役一定年限(如30年)后的主梁竖向位移和关键截面应力。
步骤S3、体内体外混合配束连续刚构桥的优化；
通过对比分析各工况结果，明确各参数对主梁下挠的敏感性，进而确定体内‐体外混合配束的预应力混凝土桥梁主要设计构造参数的选取原则，根据分析结果和设计经验提出满足性能要求的处治方法，从而优化体内‐体外混合配束变截面连续梁(刚构)桥下挠处治方法。
在具体应用实例中，上述步骤S1的详细流程为：
步骤S101、定义梁单元类型：主梁、横隔梁、桥墩采用三维梁单元模拟，体内体外预应力筋采用分段模拟，预应力筋和主梁之间用刚性梁模拟钢臂连接。
步骤S102、设定边界条件：主梁与桥墩的约束关系通过刚性连接模拟；主梁与边墩的支座模拟节点，约束其横向平动、竖向平动以及绕纵向的转动；中跨两墩的墩底节点，约束其所有的自由度来模拟墩底的固结。
步骤S103、定义预应力加载方式。
步骤S104：定义收缩徐变等效分析方式：选用徐变理论隐式6号方程进行徐变分析；采用温度效应模拟混凝土收缩效应。
在具体应用实例中，上述步骤S2中考虑混合配束处治参数的计算包括：
S201、体外束配束比例；混凝土收缩一定年限(如30年)工况下，计算不同体内‐体外混合配束比例下的主梁竖向位移和主梁的内力及应力的分布情况，得到主梁跨中挠度最小时的体外束配束比例。
S202、预应力损失分析；混凝土收缩徐变和体内筋预应力损失耦合作用下，计算纵向预应力筋全损失和不同部位预应力筋分别损失作用下与主梁下挠的对应关系，同时考虑预应力损失大小对关键截面应力的影响以及预应力损失效应对补张拉的影响。
S203、体外束补张拉方法；在桥梁施工完成后，考虑混凝土收缩徐变一定年限(如30年)的作用效应，分别计算桥梁在不同时间点补张拉方式相对于成桥时补张拉的竖向位移结果。
S204、张拉控制应力；考虑混凝土收缩徐变一定年限(如30年)的作用效应，针对体外束不同张拉控制应力，计算主梁的竖向位移及相对于初始张拉应力情况下的竖向位移。
S205、混凝土强度；混凝土强度的高低决定着主梁刚度的大小，同时也会影响着混凝土的收缩徐变。计算混凝土收缩徐变一定年限(如30年)后，不同混凝土强度等级主梁竖向位移的变化以及体外预应力筋预应力损失与关键截面应力的变化。
S206、体外束线形；通过改变转向块位置，计算得到不同体外索形状下主梁竖向位移以及关键截面应力的变化。
本发明在一个具体应用实例中，一个河上大桥，采用分幅双车道设计，左、右幅桥跨布置为：3.75m(桥台)+3×30m+(63+115+63)m连续刚构+4m(桥台)，桥梁全长338.75m。设计荷载为公路I级，桥面布置为0.5m(防撞护栏)+11.0m(行车道)+0.5m(防撞护栏)。图1、2分别是本发明实施例左幅立面与平面示意图、桥墩顶横断面与跨中横断面示意图。
采用本发明的方法：
步骤S1、针对本实施例中的大桥具体结构采用大型通用有限元程序ANSYS程序来建立空间有限元计算模型，其主要实现步骤如下：
a.主梁、横隔板及桥墩均采用beam188单元模拟，体内体外预应力筋采用link10单元分段模拟，预应力筋与主梁之间用mpc184刚性梁模拟钢臂连接。有限元模型如图3所示。该模型共包含929节点，1501单元。
b.在本实施例中建立的ANSYS模型中，1、79号节点为主梁与边墩的支座模拟节点，约束其横向平动、竖向平动以及绕纵向的转动，85、91号节点为中跨两墩的墩底节点，约束其所有的自由度来模拟墩底的固结。本实施例中所研究的连续刚构桥在主梁0号块处与墩顶处为固结，通过连接0号块中心节点与墩顶节点，并赋予其mpc184单元(刚性梁)属性来模拟。
c.考虑不同位置处预应力损失，通过先建立预应力筋局部几何模型，再施加温度荷载来模拟其预应力更为方便，因此预应力加载采用降温法。
降温法为力筋设定一个初始温度，并且给定一个温降值，使得力筋单元产生一个收缩变形，此初始应变将使力筋产生预拉作用，这个预拉作用即为模型的预应力。钢筋的温降公式为：
其中，为力筋的降温值；
P为预应力的施加值；
E为力筋的弹性模量；
A为力筋的截面面积；
α为力筋的线性膨胀系数。
d.收缩徐变机理本身十分复杂而工程计算的计算公式一般要求形式简单、参数明确，因此本实施例选择《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 62‐2004)中混凝土徐变和收缩系数计算公式，它采用CEB‐FIP(MC90)规范的计算规定：
式中：t0为加载时混凝土的龄期；t是计算时刻混凝土的龄期，单位为d；
RH是环境年平均相对湿度，根据设计文件其值为82％；
fcm为混凝土在7d龄期的平均立方体抗压强度标准值；
h为构件的理论厚度，A为构件截面面积；
u为构件与大气接触的周边长度。
收缩徐变的计算公式为：
εcs(t,ts)＝εcso.βs(t-ts) (2‐10)
εcso＝εs(fcm).βRH (2-11)
εs(fcm)＝[160+10βsc(9-fcm/fcm0)].10-6 (2-12)
βRH＝1.55[1-(RH/RH0)3] (2-13)
①徐变效应等效分析；
ANSYS软件给出多种徐变准则，本实施例采用“显示徐变”进行分析。采用C6＝0时的初始徐变方程：
式中：σ为t时刻混凝土的应力；T为t时刻的环境温度；
C1，C2，C3，C4为常数。
式(2‐13)可以进一步变化为：
假设线性徐变理论，徐变变化率与应力无关，即C2＝0；采用应变强化准则，C3＝1；不考虑环境温度影响，C4＝0。
式(2‐16)可简化为：
Δεcr＝C1εeΔt (2-17)
而徐变应变εcr与弹性应变εe有如下关系：
可得总应变εc为：
联立式(2‐15)‐(2‐17)可得：
②收缩效应等效分析；
混凝土收缩采用上述徐变分析较繁琐，可采用温度效应模拟混凝土收缩效应。温度变化产生的应变为：
εT＝αΔT (2-21)
式中：εT为温度应变；α为膨胀系数；ΔT为温度变化值，
则收缩应变可以表示为：
式中：εcs为收缩应变量；
从式(2‐22)可得出，收缩应变的变化量可以通过调整温度T0来实现。
步骤S2、利用上述步骤一中所述ansys建立的有限元模型，从不同工况角度出发，运用有限元软件的徐变准则并考虑预应力筋的预应力损失，计算体内‐体外配束悬浇变截面连续(刚构)梁桥服役30年后的主梁竖向位移和关键截面应力。其中，考虑混合配束处治参数的具体计算和分析如下：
1)体外束配束比例；
综合主梁竖向位移的变化(图4)和主梁的内力及应力的分布情况(表1)得出，体外束占14％时主梁跨中挠度最小，跨中的上缘压应力没有超过规范所规定的16.2MPa，符合混凝土的抗压强度，而设计院给出的9.3％跨中的上缘压应力与14.0％的差异较小，两者皆符合规范要求。因此，采用设计院给出的体外束占9.3％和14.0％较符合桥梁的受力特性，但采用14.0％的体外束配束比例，收缩徐变长期作用下桥梁跨中下挠量较目前配束比例更小，结构安全储备更高，推荐采用14.0％的体外束配束比例。
表1混凝土收缩徐变30年工况下，不同体内-体外配束比例主梁的最大下缘应力
体外束比例(％) 4.7％ 9.3％ 14.0％ 18.6％ 23.3％ 27.9％
主梁最大下缘应力(MPa) 15.58 16.80 16.86 14.86 12.86 12.56
2)预应力损失分析；
由图5-8、表2可看出位移曲线的拐点出现在转向块和墩顶处，体内-体外混合配束连续刚构桥在所有纵向预应力钢束损失下，主跨跨中出现明显的下挠，边跨近转向块位置出现上挠值，此现象是由于在转向块位置处体外束竖向分力所导致；梁端与墩顶之间的上挠值与预应力损失量负相关，墩顶与主跨跨中之间的下挠值与预应力损失量正相关；从位移曲线可以看出，墩顶到中跨转向块之间的下挠速率大于中跨转向块到跨中的下挠增加速率。
表2不同预应力损失水平下主梁跨中下挠值
纵向全预应力损失比例 10％ 20％ 30％
跨中下挠值(cm) 6.02 7.68 9.33
顶板预应力筋比例 10％ 20％ 30％
跨中下挠值(cm) 5.0 5.62 6.25
腹板预应力筋比例 10％ 20％ 30％
跨中下挠值(cm) 4.85 5.33 5.81
底板预应力筋比例 10％ 20％ 30％
跨中下挠值 4.92 5.46 6.01
从图9-11可以得到顶板筋、腹板筋、底板筋在相同预应力损失水平下，顶板筋预应力损失引起的跨中下挠值最大，底板筋预应力损失引起的跨中下挠值其次，腹板筋预应力损失引起的跨中下挠值最小，可见顶板筋的预应力损失对主梁下挠的敏感性最强。因此，减小顶板预应力筋的预应力损失对防止主梁的下挠作用更为突出。
3)体外束补张拉方法；
从图12中可看到体外筋补张拉对边跨梁段的上挠值小于中跨梁段的上挠值；体外筋补张拉对连续刚构主梁的上挠具有一定的作用，跨中上挠值最大为1.11cm。
图13-14可见分阶段张拉相比成桥时一次性张拉对于主梁的下挠区别较小，主跨跨中下挠量基本与成桥时一次性张拉基本一致，且对于体外预应力筋预应力损失的减小及关键截面应力的影响不明显。
4)张拉控制应力；
图15体外束张拉控制应力的增加对于主梁的下挠量恢复作用不大，但能明显降低预应力筋的预应力损失，同时关键截面的压应力有明显的增大。
5)混凝土强度；
图16表明随着混凝土强度等级的增加主梁的下挠量明显减小，C70的下挠量比C50的下挠量要减小0.51cm左右，由公路桥规徐变模型可知随着混凝土强度的增加，徐变系数减小，由此高强度的混凝土可降低主梁的下挠量。随着混凝土强度等级的增加收缩徐变相应减小，进而预应力损失逐渐减小，但对于关键截面的应力变化不明显，因此随着混凝土强度等级的提高，主梁的下挠量以及体外预应力筋预应力损失均有所减小。
6)体外束线形；
从图17-20中可以看出，中跨转向块往墩侧移动相比往墩侧反向移动对于主梁跨中下挠恢复更有利，边跨转向块则往墩侧反向移动对于主梁跨中下挠恢复更有利，体外束在转向块处有竖向向上的分力，由连续刚构桥跨中弯矩影响线可解释上述现象，但总体上转向块位置的改变对于减小主梁下挠量的作用并不明显。图中由于中跨体外预应力束布置数量比边跨布置数量多，所以中跨跨中截面应力均比其他截面大。转向块位置的改变对于关键截面应力的影响很小。
由以上的这些图形可以看得出，无论怎么样改变转向块的位置，对主梁的内力及应力影响都极小，且都没有超过规范要求，都符合桥梁的受力特性。
因此，中跨转向块往墩侧移动以及边跨转向块往墩侧反向移动对主梁下挠恢复有利，但相比原设计位置对主梁下挠恢复作用很小，同时对于主梁的内力及应力影响很小。
步骤S3：根据分析结果和设计经验提出满足性能要求的处治方法，从而优化体内-体外混合配束变截面连续梁(刚构)桥下挠处治方法的相应结论：
(1)改变体内‐体外混合配束比例，主梁挠度可以适当减小，分析结果表明，在保证预应力钢束总量不变的情况下，体外束比例为14％时，主梁挠度最小。在考虑混凝土收缩徐变效应的基础上，分析了不同部位预应力筋预应力损失对主梁下挠的影响，分析结果表明，顶板束预应力损失对主梁下挠敏感性最强，减小顶板预应力筋的预应力损失可有效地防止主梁下挠；在全桥预应力钢束发生一定的预应力损失后，补张拉体外预应力筋对于主梁下挠的恢复具有一定作用。
(4)计算结果表明，体外束不同时段一次性张拉到位或者分阶段补张拉，主梁挠度差别不大。但从施工便捷方面考虑，建议体外预应力筋可在成桥时一次性张拉到位。
(5)适当的增加体外束张拉控制应力可减少预应力筋松弛，降低体外预应力筋预应力损失。同时增加混凝土强度可减少主梁梁体的下挠量，降低体外预应力筋预应力损失。
(6)通过调整转向块位置、适当增加转向块数量来改变体外索形状，可减小体外预应力梁的预应力偏心距损失，提高主梁的抗弯承载能力，减小主梁下挠。
(7)建议采用轻质高强混凝土，并通过施工监控严格控制混凝土加载龄期，避免由于混凝土未达到强度，而导致收缩徐变增大，加剧梁体的下挠。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种体内外混合配束变截面连续梁桥下挠处治的优化方法，其特征在于，包括：
步骤S1、建立体内-体外混合配束变截面连续梁桥有限元模型；
根据连续梁桥的各项参数以及界面的布置形式，利用有限元分析软件ANSYS建立体内-体外配束变截面连续梁桥空间有限元模型，计算分析桥梁成桥后的性能与参数分析；
步骤S2、连续梁桥下挠行为影响因素及混合配束处治参数分析；
利用上述步骤S1中所述ANSYS建立的有限元模型，从不同工况角度出发，运用有限元软件的徐变准则并考虑预应力筋的预应力损失，计算体内-体外配束悬浇变截面连续梁桥服役一定年限后的主梁竖向位移和关键截面应力；
步骤S3、体内体外混合配束连续刚构桥的优化；
通过对比分析各工况结果，明确各参数对主梁下挠的敏感性，进而确定体内-体外混合配束的预应力混凝土桥梁主要设计构造参数的选取原则，根据分析结果和设计经验提出满足性能要求的处治方法，优化体内-体外混合配束变截面连续梁桥下挠处治方法；
所述步骤S1的详细流程为：
步骤S101、定义梁单元类型：主梁、横隔梁、桥墩采用三维梁单元模拟，体内体外预应力筋采用分段模拟，预应力筋和主梁之间用刚性梁模拟钢臂连接；
步骤S102、设定边界条件：主梁与桥墩的约束关系通过刚性连接模拟；主梁与边墩的支座模拟节点，约束其横向平动、竖向平动以及绕纵向的转动；中跨两墩的墩底节点，约束其所有的自由度来模拟墩底的固结；
步骤S103、定义预应力加载方式；
步骤S104：定义收缩徐变等效分析方式：选用徐变理论隐式6号方程进行徐变分析；采用温度效应模拟混凝土收缩效应；
所述步骤S2中考虑混合配束处治参数的计算包括：
体外束配束比例；混凝土收缩一定年限工况下，计算不同体内-体外混合配束比例下的主梁竖向位移和主梁的内力及应力的分布情况，得到主梁跨中挠度最小时的体外束配束比例；
混凝土强度；混凝土强度的高低决定着主梁刚度的大小，同时也会影响着混凝土的收缩徐变；计算混凝土收缩徐变一定年限后，不同混凝土强度等级主梁竖向位移的变化以及体外预应力筋预应力损失与关键截面应力的变化；
体外束线形；通过改变转向块位置，计算得到不同体外索形状下主梁竖向位移以及关键截面应力的变化。
2.根据权利要求1所述的体内外混合配束变截面连续梁桥下挠处治的优化方法，其特征在于，所述步骤S2中考虑混合配束处治参数的计算包括：预应力损失分析；混凝土收缩徐变和体内筋预应力损失耦合作用下，计算纵向预应力筋全损失和不同部位预应力筋分别损失作用下与主梁下挠的对应关系，同时考虑预应力损失大小对关键截面应力的影响以及预应力损失效应对补张拉的影响。
3.根据权利要求1所述的体内外混合配束变截面连续梁桥下挠处治的优化方法，其特征在于，所述步骤S2中考虑混合配束处治参数的计算包括：体外束补张拉方法；在桥梁施工完成后，考虑混凝土收缩徐变一定年限的作用效应，分别计算桥梁在不同时间点补张拉方式相对于成桥时补张拉的竖向位移结果。
4.根据权利要求1所述的体内外混合配束变截面连续梁桥下挠处治的优化方法，其特征在于，所述步骤S2中考虑混合配束处治参数的计算包括：张拉控制应力；考虑混凝土收缩徐变一定年限的作用效应，针对体外束不同张拉控制应力，计算主梁的竖向位移及相对于初始张拉应力情况下的竖向位移。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111576230B (zh) * 2020-05-28 2021-09-28 广西交科集团有限公司 施工扰动小的拱桥格子梁吊装位移控制方法
CN111705666A (zh) * 2020-06-18 2020-09-25 宁波工程学院 一种预应力混凝土现浇连续箱梁早期裂缝控制方法
CN111723428A (zh) * 2020-06-24 2020-09-29 云南省公路科学技术研究院 基于位移影响线分配的连续刚构桥成桥预拱度设置方法
CN116090066B (zh) * 2023-01-31 2023-08-22 安徽省交通控股集团有限公司 一种体外索承梁及其承载能力分析方法、装置和设备
CN116008078B (zh) * 2023-02-14 2023-07-18 武汉理工大学 一种轻质超高性能混凝土的徐变性能评价方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103065035A (zh) * 2012-09-29 2013-04-24 长沙理工大学 一种变截面预应力混凝土连续梁桥纵向预应力束设计方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2333186A1 (en) * 2009-12-01 2011-06-15 Prof. Dr.-Ing. Bulicek + Ingenieure Method of drafting prestressed concrete structures
CN106096158B (zh) * 2016-06-16 2019-04-09 华南理工大学 一种柔性铰链的拓扑优化设计方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103065035A (zh) * 2012-09-29 2013-04-24 长沙理工大学 一种变截面预应力混凝土连续梁桥纵向预应力束设计方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
体内体外混合配束连续刚构桥主梁下挠及处治分析;黄学文 等;《长沙理工大学学报（自然科学版）》;20150930;第12卷(第3期);68-76 *
体内外混合配束在连续刚构中的应用研究;鲁薇薇;钟明全;马春佳;;公路(09);全文 *
大跨PC梁桥张拉临时体外束降低后期徐变下挠分析;张阳等;《公路工程》;20180430;第43卷(第02期);139-144 *
黄学文 等.体内体外混合配束连续刚构桥主梁下挠及处治分析.《长沙理工大学学报（自然科学版）》.2015,第12卷(第3期), *

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