考虑时变因素修正的混凝土斜拉桥换索前初态模型

由于斜拉桥的设计使用寿命远低于目前斜拉桥的设计使用寿命,斜拉桥运营期间不可避免地需要更换缆索;在我国…

由于斜拉桥的设计使用寿命远低于目前斜拉桥的设计使用寿命,斜拉桥运营期间不可避免地需要更换缆索;在我国已建成的300多座斜拉桥中,20吨期已建成的100多座斜拉桥中,有20%以上需要更换缆索。H世纪已经部分或完全取代了电缆。目前,我国已建成的斜拉桥换索工程一般分为换索施工和索调施工两个阶段,其中换索设计目标相对统一,即基本遵循新旧索的换索原则。2。新电缆切割长度的计算需要更准确的旧电缆数据,以保证新电缆无应力长度计算的准确性。

我国《公路桥梁加固施工技术规范》指出,斜拉桥应采取限载、限速、限速等措施,以保证施工过程的安全,不中断交通。因此,在斜拉桥设计中,为了确定上述三种措施,需要对桥塔和梁构件的实际应力进行准确的评估。因此,有必要在斜拉桥换索施工前建立一个准确的初始状态模型,以便对该桥的实际应力状态进行较为清晰的分析和判断。_预应力索的应力松弛、混凝土的收缩徐变和恒载超载是混凝土斜拉桥运行过程中桥跨结构状态变化的主要原因。

混凝土弹性模量、混凝土收缩徐变、预应力锚索应力松弛等因素的影响,具有与时间历程和应力历程密切相关的材料非线性特征。基于时间序列6的非线性增量分析方法。考虑到我国大多数斜拉桥没有有效的桥梁健康监测系统,无法提供准确的桥梁状态变化数据。因此,在划分时间历程的基础上,结合相关因素的合理数值函数表达式,通过非线性增量分析确定了斜拉桥换索施工前的初始状态模型,对换索设计和施工具有重要的现实意义。斜拉桥施工监测。

_ 1计算分析方法_1.1增量有限元方程_为获得混凝土斜拉桥运行过程中桥跨结构变形和应力的演变历史,保证材料非线性问题求解的准确性,有必要建立基于时间积分的方程。并用增量法进行分析。式(7)中,kep表示弹塑性刚度矩阵;q表示不平衡力矢量;qw表示外荷载矢量;ql表示内力矢量。与一般弹塑性有限元法的增量平衡方程相比,其区别在于在外荷载矢量中加入了考虑徐变(松弛)和收缩影响的荷载项。1.2弹性模量对混凝土弹性模量的影响是一个时变的重结构参数,它对混凝土斜拉桥在运行中的实际响应有着重要的影响。

因此,在方程(8)中,用增量起点的弹性模量Ec(tn)计算增量阶跃中的弹塑性矩阵。EC(tn)可用CEB-FIP90的时间函数表示。ec(tn)=ecexps1-28/tn0.5(11),其中ec为混凝土28天的弹性模量,s为不同水泥类型的影响系数,当采用普通水泥时,s为0.25。目前,大跨度预应力混凝土桥梁的收缩徐变分析理论模型较多,如B3模型、CEB-FIP90模型、GL2000模型、JTGD62 9模型等,文献10指出,在缺乏温湿度变化等实际数据的情况下,应采用GL2000模型进行计算。

混凝土箱梁桥的收缩徐变。.1.5混凝土斜拉桥中预应力索的松弛效应,无论是索的内外预应力筋还是混凝土加劲梁,都属于高应力状态下工作的索,存在与时间序列有关的应力松弛问题。文件13的试验结果表明,当应力与许用应力之比不大于0.55时,普通电缆在1000小时松弛试验中的应力松弛率不大于1.5%,低松弛电缆的应力松弛率不大于0.8%,大部分应力松弛在1000小时内完成。考虑到斜拉索的应力比一般小于0.4,通常采用低松弛的拉索,可以认为斜拉索在运行过程中的应力松弛效果并不明显。

然而,混凝土梁中预应力筋的应力相对较高,应力松弛率较大。由于它对混凝土梁截面的应力状态有明显的影响,需要对其进行认真的评价。根据13、14号文件给出的应力松弛函数,预应力钢筋在tn+1周期内的应力松弛增量可表示为拉索损伤效应的1.6。大量的调查表明,斜拉索的主要损伤是由于腐蚀和疲劳引起的钢丝截面局部减薄和钢丝15的局部断裂。一般情况下,斜拉索的损伤采用断面收缩法进行模拟。当钢丝断开时,采用电缆全长断面收缩,局部断面收缩。

_ 1.7恒载超载的影响\恒载超载的主要原因是混凝土斜拉桥桥面铺装层重量的变化,对斜拉桥的受力状态有明显影响,需要认真评价和确定。假设运营期混凝土斜拉桥在短期荷载组合下的响应是线性的,可以采用影响矩阵法来评估恒载超载的荷载值。具体方法如下:(1)假定恒载超载发生在tn+1的时间段内,首先确定恒载超载的时间段。_ 2)以1/4跨梁的挠度和塔架偏差为优化目标,将实测变形与TN+1时间点收缩、徐变和应力松弛效应引起的理论变形之差定义为优化目标向量f。

3)在tn+1期间,在相邻索间距内对主梁单元施加单元线荷载,计算相应主梁1/4跨挠度和塔偏差的响应系数,形成影响矩阵ia。4)相邻索间距的主梁恒载系数矩阵co可由式(18)确定。湘江银盆岭大桥主桥为双塔单索面塔架梁加固预应力混凝土斜拉桥,跨径105 m+210 m+105 m(见图1)。主梁为三室封闭式预应力混凝土箱梁。箱梁高3.4米,主箱顶宽22.3米,左右大悬臂长4.9米,斜拉索为扇形,东西塔两侧各15组斜拉索。

每组斜拉索设计为横桥上下游两根拉索。纵桥和横桥的电缆间距分别为6.2 m和2.4 m。原设计荷载为汽车-20、拖车-100、人群3.50KN/m2。湘江银笔岭大桥于1990年12月竣工,1991年2月投入使用。2012年6月至9月,对所有斜拉索进行了更换。_ 2.2分析与说明\利用该方法编制的计算程序,根据银盆静动力试验报告提供的主梁线形和索力数据,对湘江银盆岭大桥运营期的结构状态进行了分析,分析如下:1990年12月在湘江岭大桥上建立了杆系的初始有限元模型。

_ 2)1989年2月混凝土构件施工期初加载时间按主塔墩计算,混凝土加劲梁确定为:1989年12月,各悬臂段(3.1米)施工期依次计算10天。(3)分析的时间序列分为前五年每三个月一次增量步骤和后五年每六个月一次增量步骤。截至2012年6月,共划分了54个时间增量步骤。4)斜拉索损伤修正根据2003年电缆窗口检测,东塔侧14根、东塔中下游13根、西塔中上游14根、中上游15根、上下游15根,梁附近局部电缆段面积减少5%。

西塔R段。5)根据2011年桥面铺装检测,恒载超载按第53步增量估算。_ 2.3分析结果验证了拉索更换施工前,采用两辆30t货车(前桥6.3t,后桥24.5t)进行跨中加载试验。测量的挠度值与理论分析值进行比较,如表1所示。从表1可以看出,考虑混凝土弹性模量时变效应的分析结果更接近实测挠度结果。_将考虑时变因素影响的分析方法和通用软件SAP2000的分析结果与2005年10月和2011年11月的实测挠度结果进行了比较,如表2所示。

2.本文不包括1中的恒载超载,本文根据实测路面超载,将2中的恒载超载考虑在内。由表2可以看出,本文考虑时变因素影响的分析方法的结果比SAP2000更接近于主梁长期挠度试验的结果。_表3比较了电缆更换施工中一些电缆(选用差异较大的电缆)的实测启动电缆力值与本文所包含的恒载分析值和设计预测值。从表3可以看出,考虑时变因素的影响和恒载超载的影响,得到的索力分析结果与换索施工时实测的起始索力更为一致。_ 3结论1)在分析运营期混凝土斜拉桥应力状态时,应考虑混凝土弹性模量、收缩徐变、应力松弛等时变因素的影响。

本文给出的分析方法可以方便地考虑时变因素的影响。(2)为了准确评估需要更换缆索的混凝土斜拉桥的实际索力,应考虑恒载超载的可能性和超载值。程永庆。既有斜拉桥拉索更换情况概述。山西建筑,2010(9)332-334。(9)332-334;(9)332-334。(中文);(2)纪昌平,何景波。西桥大桥电缆更换设计与施工J.高速公路,2 008(6)68-70。季春平,何建斌.西站大桥斜拉索更换设计与施工J.公路,2008(6)68-70.(中国)3交通第一公路勘察设计研究院有限公司JTG/T J23-2008《公路桥梁加固技术规范》北京人民交通出版社2008年中交第一公路顾问有限公司D.JTG/T J23-2008《公路桥梁加固施工技术规范》北京交通联合通讯出版社,2008年。

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