基于等效原理的pc箱梁截面不均勻收縮效應(yīng)確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是設(shè)及一種基于等效原理的PC 箱梁截面不均勻收縮效應(yīng)確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 大跨度預(yù)應(yīng)力混凝±連續(xù)剛構(gòu)橋存在的變形過大問題，越來越受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的 關(guān)注。研究人員主要通過有限元方法去預(yù)測(cè)分析連續(xù)剛構(gòu)橋長(zhǎng)期下提值及其發(fā)展趨勢(shì)，但 發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)得出的理論值與實(shí)際觀測(cè)值有很大差別，很多橋梁不僅累計(jì)下提值遠(yuǎn)大于理論計(jì) 算結(jié)果，并且建成若干年后橋梁的下提增長(zhǎng)同樣較快，沒有出現(xiàn)收斂跡象，因而現(xiàn)有的預(yù)測(cè) 分析方法存在預(yù)測(cè)精度低、誤差大等問題，不能滿足實(shí)際需求。針對(duì)該問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做 了大量研究工作，也取得了不少進(jìn)展，主要集中在收縮及徐變模型修正、預(yù)應(yīng)力長(zhǎng)期有效性 W及箱梁截面開裂等因素的影響方面；能肯定的是，通過該些研究分析，已經(jīng)提高了預(yù)測(cè)的 精確度，但是改進(jìn)后預(yù)測(cè)分析方法得出的預(yù)測(cè)值（也稱理論值）與實(shí)際觀測(cè)值仍然存在一 定的差距。
[0003] 混凝±的收縮、徐變是混凝±材料本身固有的時(shí)變特性，它是引起結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期變形 的重要因素之一，同時(shí)也會(huì)引起結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分布。構(gòu)件的理論厚度反映了混凝±構(gòu)件的 干燥收縮速度，是影響混凝±構(gòu)件收縮的重要參數(shù)。對(duì)于連續(xù)剛構(gòu)橋而言，其主梁的箱型截 面各部位厚度差異顯著，頂板、底板及腹板的混凝±收縮變形不同步，已有學(xué)者對(duì)此進(jìn)行驗(yàn) 算，證實(shí)考慮箱梁截面非均勻收縮（也稱截面不均勻收縮）因素后，得出的跨中下提累計(jì) 值，較常規(guī)預(yù)測(cè)分析方法得出的預(yù)測(cè)值大，說明箱梁截面不均勻收縮效應(yīng)是引起連續(xù)剛構(gòu) 橋后期超限下提的重要原因之一。
[0004] 目前普遍采用的收縮徐變預(yù)測(cè)模型，包括ACI模型（ACI209R-82規(guī)范中推薦的模 型）、C邸-FIP(1990)模型、B3模型、化2000模型等，上述模型均W體積表面積比或表面積 周長(zhǎng)比來計(jì)算構(gòu)件的理論厚度，實(shí)際計(jì)算中，一般將箱梁各部位的有效厚度進(jìn)行平均，難W 考慮箱梁截面的不均勻收縮影響。并且，目前尚無一個(gè)能準(zhǔn)確確定箱梁截面不均勻收縮效 應(yīng)的方法，在有限元預(yù)測(cè)分析中也無明確的實(shí)現(xiàn)方式。
[0005] 綜上，為提高橋梁主梁下提值的預(yù)測(cè)精度，準(zhǔn)確掌握橋梁主梁的變形情況，需設(shè)計(jì) 一種方法步驟簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理且使用效果好的基于等效原理的PC箱梁截面不均勻收縮效 應(yīng)確定方法，將PC箱梁的截面不均勻收縮效應(yīng)等效為梁體的溫度梯度荷載，能對(duì)預(yù)測(cè)箱梁 截面不均勻收縮效應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確且實(shí)現(xiàn)方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于等效 原理的PC箱梁截面不均勻收縮效應(yīng)確定方法，其方法步驟簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理且使用效果好， 將PC箱梁的截面不均勻收縮效應(yīng)等效為梁體的溫度梯度荷載，能對(duì)箱梁截面不均勻收縮 效應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)且實(shí)現(xiàn)方便。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是；一種基于等效原理的PC箱梁截 面不均勻收縮效應(yīng)確定方法，其特征在于該方法包括W下步驟：
[000引步驟一、待分析主梁?jiǎn)卧獎(jiǎng)澐?；沿縱橋向方向，將待分析主梁由前至后劃分為N個(gè) 梁?jiǎn)卧?；其中，N為正整數(shù)且N> 10 ;
[0009] 所述待分析主梁為PC箱梁且其為變截面梁；
[0010] 步驟二、截面不均勻收縮效應(yīng)等效轉(zhuǎn)換；對(duì)t時(shí)刻待分析主梁中各梁?jiǎn)卧慕孛?不均勻收縮效應(yīng)分別進(jìn)行等效轉(zhuǎn)換，獲得各梁?jiǎn)卧獙?duì)應(yīng)的等效梯度溫度；其中，t時(shí)刻為收 縮應(yīng)變計(jì)算時(shí)刻的混凝±齡期且其單位為d;所有梁?jiǎn)卧慕孛娌痪鶆蚴湛s效應(yīng)的等效轉(zhuǎn) 換方法均相同；
[0011] t時(shí)刻待分析主梁中各梁?jiǎn)卧蚪孛娌痪鶆蚴湛s引起的提曲變形量，與該梁?jiǎn)卧?在等效梯度溫度荷載作用下的提曲變形量相同；t時(shí)刻待分析主梁中各梁?jiǎn)卧蚪孛娌痪?勻收縮引起的提曲變形量，為從t。時(shí)刻至t時(shí)刻該梁?jiǎn)卧蚪孛娌痪鶆蚴湛s引起的提曲變 形量；其中，t。時(shí)刻為待分析主梁所處橋梁結(jié)構(gòu)開始受收縮影響時(shí)刻的混凝±齡期且其單 位為d;
[0012] 對(duì)待分析主梁中第i個(gè)梁?jiǎn)卧慕孛娌痪鶆蚴湛s效應(yīng)進(jìn)行等效轉(zhuǎn)換時(shí)，過程如 下：
[0013] 步驟201、待分析截面選??；在第i個(gè)梁?jiǎn)卧线x取的一個(gè)橫斷面作為待分析截 面，所述待分析截面為第i個(gè)梁?jiǎn)卧牡刃荻葴囟群奢d加載截面；其中，i為正整數(shù)且i =1、2、…、N;
[0014] 步驟202、頂板收縮應(yīng)變與底板收縮應(yīng)變計(jì)算；根據(jù)第i個(gè)梁?jiǎn)卧治鼋孛嫔享?板和底板的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并利用混凝±收縮徐變預(yù)測(cè)模型，對(duì)從t。時(shí)刻至t時(shí)刻第i個(gè)梁?jiǎn)?元待分析截面上的頂板收縮應(yīng)變eU和底板收縮應(yīng)變eM分別進(jìn)行計(jì)算；
[0015] 步驟203、等效梯度溫度計(jì)算；根據(jù)步驟202中計(jì)算得出的eU和edi，并按照公 式ATi=Aei/a(1)，計(jì)算得出第i個(gè)梁?jiǎn)卧牡刃荻葴囟華Ti;
[0016] 式（1)中，Aeeti-eM，a為待分析主梁所用混凝上的線膨脹系數(shù)；
[0017] t時(shí)刻第i個(gè)梁?jiǎn)卧蚪孛娌痪鶆蚴湛s引起的提曲變形量，與該梁?jiǎn)卧贏Ti該 一梯度溫度荷載作用下的提曲變形量相同；
[0018] 步驟204、多次重復(fù)步驟201至步驟203,直至計(jì)算得出待分析主梁中N個(gè)梁?jiǎn)卧?的等效梯度溫度；
[0019] 待分析主梁中N個(gè)梁?jiǎn)卧牡刃荻葴囟龋M成待分析主梁的等效梯度溫度荷載 f目息。
[0020] 上述基于等效原理的PC箱梁截面不均勻收縮效應(yīng)確定方法，其特征是；步驟201 中所述待分析截面為第i個(gè)梁?jiǎn)卧那岸嗣?、后斷面或中部橫斷面。
[0021] 上述基于等效原理的PC箱梁截面不均勻收縮效應(yīng)確定方法，其特征是；步驟204 中計(jì)算得出待分析主梁中N個(gè)梁?jiǎn)卧牡刃荻葴囟群?，得出待分析主梁中各梁?jiǎn)卧诘?效梯度溫度荷載作用下的提曲變形量；再采用疊加法對(duì)待分析主梁中N個(gè)梁?jiǎn)卧诘刃?度溫度荷載作用下的提曲變形量進(jìn)行疊加，得出t時(shí)刻待分析主梁的提曲變形數(shù)據(jù)。
[0022] 上述基于等效原理的PC箱梁截面不均勻收縮效應(yīng)確定方法，其特征是；步驟202 中第i個(gè)梁?jiǎn)卧拇治鼋孛娴慕Y(jié)構(gòu)參數(shù)包括第i個(gè)梁?jiǎn)卧治鼋孛嫔系捻敯搴穸萮ti 和底板厚度hdi，其中hti聲h步驟201中待分析截面選取后，還需對(duì)第i個(gè)梁?jiǎn)卧治?截面上的頂板厚度hti和底板厚度hM分別進(jìn)行測(cè)量。
[0023] 上述基于等效原理的PC箱梁截面不均勻收縮效應(yīng)確定方法，其特征是；步驟202 中對(duì)頂板收縮應(yīng)變和底板收縮應(yīng)變edi進(jìn)行計(jì)算時(shí)，按照《公路鋼筋混凝±及預(yù)應(yīng)力 混凝±橋涵設(shè)計(jì)規(guī)程》JTGD62-2004的附錄F中F1. 1. 1節(jié)公開的混凝±收縮應(yīng)變計(jì)算方 法進(jìn)行計(jì)算。
[0024] 上述基于等效原理的PC箱梁截面不均勻收縮效應(yīng)確定方法，其特征是；步驟202 中對(duì)頂板收縮應(yīng)變￡?和底板收縮應(yīng)變edi進(jìn)行計(jì)算時(shí)，按照公式eti=et)= ecs〇[0sti(t-ts)-0sti(t0-ts)]似和Edi二ecsd(t〇，d=ecs〇[0sdi(t-ts)-0sdi(t0-ts)] (3)進(jìn)行計(jì)算，公式（2)和（3)中，e。,。為待分析主梁所用混凝±的名義收縮系數(shù)，為待 分析主梁所用混凝±開始收縮時(shí)的混凝±齡期且其單位為d;
[002引 0S" (t-ts) = [ (t-ts)Ai]。'^口50 化。/\)2+ (t-ts)Ai]。'5，
[0026] 0S" (Vts) = [ (Vts)化]。'^口50 化。/\)2+ (Vts)化]。'5，
[0027] 0S"a-ts) = [ (t-ts)Ai]。'^口50 化"/h。)2+ (t-ts)Ai]。'5，
[002引 |3sdi(t0-ts) = [(*0-*日）八1]。^/1!350 化"/h〇)2+(t〇-ts)/ti；T'5;其中，h〇= 100mm，t1 =Id。
[0029] 上述基于等效原理的PC箱梁截面不均勻收縮效應(yīng)確定方法，其特征是；t,= 3d~ 7d，t>t曰。
[0030] 上述基于等效原理的PC箱梁截面不均勻收縮效應(yīng)確定方法，其特征是；步驟一中 N個(gè)所述梁?jiǎn)卧目v橋向長(zhǎng)度均相同。
[0031] 上述基于等效原理的PC箱梁截面不均勻收縮效應(yīng)確定方法，其特征是；步驟一中 所述梁?jiǎn)卧目v橋向長(zhǎng)度大于2m。
[0032] 上述基于等效原理的PC箱梁截面不均勻收縮效應(yīng)確定方法，其特征是；步驟203 中所述的等效梯度溫度ATi為第i個(gè)梁?jiǎn)卧拇治鼋孛嫔享斆婧偷酌娴臏囟炔睢?br>[0033] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0034] 1、方法步驟簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理且實(shí)現(xiàn)方便，省工省力，采用數(shù)據(jù)處理設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)處 理，能在短時(shí)間內(nèi)（具體在幾分鐘，甚至十幾秒內(nèi)）計(jì)算得出基于截面不均勻收縮效應(yīng)的主 梁提曲變形數(shù)據(jù)，實(shí)際操作非常簡(jiǎn)便。
[0035] 2、采用等效原理對(duì)箱梁截面不均勻收縮效應(yīng)產(chǎn)生的主梁提曲變形進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過 等效轉(zhuǎn)換，將截面不均勻收縮的主梁提曲變形效應(yīng)轉(zhuǎn)換為線性梯度溫度作用下的主梁提曲 變形效應(yīng)，設(shè)計(jì)新穎、合理且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便，能對(duì)截面不均勻收縮的主梁提曲變形效應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn) 確、可靠預(yù)測(cè)，操作性強(qiáng)。
[0036] 3、采用有限元方法并結(jié)合截面不均勻收縮影響因素對(duì)主梁提曲變形數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù) 巧。，實(shí)現(xiàn)方便，投入成本低且預(yù)測(cè)效率高。
[0037] 4、預(yù)測(cè)精度高，所得出的主梁提曲變形數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，且可靠性高。<