拓宽工程新建桥梁上部结构混凝土收缩对结构受力影响分析.pdf

第l 3 卷第2 期 2 0 1 4年 6月 石家庄铁路职业技术学院学报 VO L 1 3 No 2 J OURNAL OF S HI J I AZ HUANG I NS T I T UT E OF RAI L WAY T ECHNOLOGY J un 2 0 l 4 拓宽工程新建桥梁上部结构混凝土 收缩对结构受力影响分析 张齐坤 杨建兵 张广寅 ( 天津铁道职业技术学院 天津3 0 0 2 4 0 天津市东方勘测有限公司 天津3 0 0 1 6 3 天津市市政工程研究院 ” 天津3 0 0 0 7 4 ) 摘要：就某高速公路拓宽桥梁新建上部结构混凝土收缩对结构受力的影响进行分析。介绍混凝 土收缩的机理、主要原因和影响因素，结合X - 程实例，建立有限元模型，计算分析混凝土收缩对 T 形梁结构受力的影响，为拓宽桥梁的优化设计和施工提供理论依据。 关键词：高速公路 拓宽 桥梁 混凝土收缩 T 形梁 结构受力 中图分类号 ： U 4 4 6 文献标识码 ： A 文章编号： 1 6 7 3 1 8 1 6 ( 2 0 1 4 ) 0 2 0 0 5 8 0 5 1 依托工程概 况 该拓宽桥梁位于某高速公路 K 1 2 + 3 0 4 3 0 9 K 1 2 + 6 8 4 2 9 1 处， 原桥为结构相同的上、 下行两幅桥， 跨越道路 ，与道路交角 7 3 6度 ，桥梁总长为 3 4 1 0 4 2 m ，跨径布置为上行 5 2 0 m + 1 6 1 4 2 m + 2 4 9 m + l O 2 0 m ，下行 6 2 0 m + 2 4 9 m + 1 6 1 4 2 m +9 2 0 m 。 上部结构为预制后张预应力混凝土 T 形梁， 下部结构桥墩为直径 1 2 m的双圆柱接双悬臂矩形截 面盖梁，基础为直径 1 5 m的钻孔灌注桩，桥台为组合式桥台。 新拓宽桥梁位于原桥两侧，墩台位置与原桥一致，斜交角度相 同。上部结构 T梁外形尺寸与原 桥 T 梁相同， 新 旧桥梁上部结构 T梁采用悬臂刚性连接 。 下部结构新桥桥墩基础为单排 2根直径 1 O m 的钻孔灌注桩上接承 台，桥墩为直径 1 2 m的独柱，桥墩盖梁为矩形截面，桥 台为 U型桥台，桥 台基 础为双排 4根直径 0 8 m的钻孔灌注桩上接承台。 原桥设计荷载标准：汽车超 2 0级，拓宽桥梁计算荷载 ：公路一 I 级。图 1 、图 2为桥梁加宽 后的半横断面示意图。 2 混凝土收缩对简支 T 形梁结构受力影响的分析 2 1 计算工况说明 ( 1 )计算模型说明 对依托工程采用 A N S Y S 软件建立有限元实体模型，进行收缩作用的单项效应分析。有限元模型 中的混凝土单元使用 S O L I D 4 5 单元模拟，钢筋单元采用 L I N K 8 单元模拟。荷载方面只考虑新建的 5 、 6 、7号 T梁和相关后浇连接带的混凝土收缩作用 ，不计结构 自重、预应力、活载及其它荷载 。收缩 收稿日期：2 0 1 4 一 O 3 1 4 作者简介：张齐坤 ( 1 9 7 0 -) ，男，河南新野人，学士，副教授，研究方向铁道工程专业、桥隧专业教学工作。 5 8 第 2期 张齐坤，等 拓宽工程新建桥梁上部结构混凝土收缩对结构受力影响分析 荷载等效为温度荷载施加在混凝土单元上 。 图 1 中墩半横断 面示意 图 ( 单位 ：c m) 图 2 桥 台半横 断面不意图 ( 单位 ： ) ( 2 )计算荷载与方法 计算荷载仅考虑新建上部结构的混凝土收缩作用。计算方法按 公路钢筋混凝土及预应力混凝 土桥涵设计规范 ( J T G D 6 2 - 2 0 0 4 ) 附录 F的方法。 ( 3 )收缩应变值 e C S 的确定 收缩应变值 C S按照 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范J T G D 6 2 2 0 0 4附录 F 的规定进行计算，相关参数取用值如下： 相对湿度：8 0 收缩开始时的混凝士龄期 t 0 ：5 天 计算考虑时刻的混凝土龄期 t ：3 年 结构开始受收缩影响的时刻 t s ：新建预制 T梁 ：9 5 天 新建预制 T 梁后浇带：6 5天 新旧桥连接带：5 天 ( t s 根据实际的施工过程确定。假设该桥新旧桥连接时间为新梁吊装就位后 2 个月，同时假设 新建预制 T梁 吊装时的龄期为 3 0天， 由此得到以上 t s 值) 经计算得到的混凝 土收缩应变终极值 e C S如下： 新建预制 T梁：1 2 1 6 e - 4 新建预制 T梁后浇带：1 3 8 8 e 4 新 旧桥连接带：2 1 3 2 e 一 4 2 2 结构变形分析 在进行结构分析之前首先分析结构的变形，因为收缩作用的本质是由混凝土的变形引起结构受 力。 ( 1 )纵向变形分析。图 3显示了新桥混凝土收缩作用下全桥沿纵桥向的变形图 ( 变形值放大 5 0 0倍 ) 。可 以看出新桥部分在纵向上显著缩短，但 由于受到旧桥部分的约束 ，这一缩短的值沿横桥 向是逐渐变化的，即从左到右 T梁的纵 向长度逐渐缩短。最外侧 的新桥边梁缩短了 3 m m以上。 ( 2 )竖向变形分析。从图4 可以看出，由于支座和横隔板的约束作用， 顶板发生了空间翘曲变 形，旧桥 T 梁跨中翘起约 l m m ，与之相对的是，新桥部分跨中凹下去 1 7 m m 。 这一翘曲变形还使新旧 桥连接带附近产生了较大扭转变形，T梁的端面也有转角变形 。 ( 3 )横向变形分析。图 5 显示，混凝土收缩作用使全桥的横向尺寸减小了 1 5 m m ，但由于全桥 5 9 石家庄铁路职业技术学院学报 2 0 1 4年第 2 期 中的应力集中。这一现象可能造成端横隔板局部严重开裂而减弱结构的横 向整体性 。 3 结语 本文依托某装配式简支 T 梁桥拓宽工程，通过有限元计算分析了新建桥梁上部结构混凝土收缩 对结构受力的影响，得到了以下结论： 1 )装配式简支 T梁桥拓宽连接后，新建桥梁结构纵向收缩，也带动旧桥结构有一定的压缩变 形。纵向变形沿着横桥向分布的不均匀性会引起桥面板的翘曲。结构的横向收缩 U L L 较均匀。 2 )在结构纵向内力的响应方面，T梁桥桥面板处产生较大的纵向应力，最大应力出现在新 旧桥 梁连接带，对于 2 0 m跨径 T梁 ，连接带的拉应力可以达到 3 M P a 。主梁腹板除靠近连接带的旧桥外边 梁端部产生了较大的纵 向拉应力外 ，其余部位的纵 向受力受混凝土收缩作用的影响较小。 3 ) 在结构横向内力的响应方面，T 梁桥桥面板处产生较小的横向应力， 在靠近新旧桥梁连接带 的顶板端部产生了较大的横 向应力 ，旧桥侧为拉应力，新桥侧位压应力，对于 2 0 m跨径 T梁，局部 应力值在 4 M P a以上。主梁腹板除靠近旧桥最左侧内边梁 的端横隔板局部产生了很大的横 向应力外， 其余部位 的横 向受力受混凝土收缩作用的影响较小。 4 )以文章中假定的情况看，新建桥梁上部结构混凝土收缩作用产生的影响不至破坏结构的整 体安全性，但是应力已经达到了开裂的等级，若情况改变，可能会使结构的安全性能降低。 根据以上结论，在桥梁拓宽工程的设计、施工及后期桥梁的养护管理过程中，应该对新旧桥梁 上部结构连接带部位、梁端部位和 T梁的端横隔板等受新建桥梁上部结构混凝土收缩影响较大的部 位应采取相关措施并重点关注，确保工程质量。 参考文献 【 l 】中华人民共和国交通部 J T G D6 0 - 2 0 0 4 公路桥涵设计通用规范 s 】 北京： 人民交通出版社， 2 0 0 4 【 2 】中华人民共和国交通部 J T G D6 2 2 0 0 4 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范【 S 】 北京： 人民交通出版 社。 2 0 0 4 【 3 】王亚东T梁桥加宽中的几个问题研究【 D 】 北京：北京交通大学， 2 0 0 9 An a l y s i s o f t h e I n flu e n c e o f t h e S h r i n k a g e o f Co n c r e t e o n t h e S t r u c t u r e S t r e s s o f t h e S u p e r s t r u c t u r e o f a Ne wl y b u i l t B r i d g e i n a Wi d e n i n g P r o j e c t Z H A NG Q i k u n Y A NG J i a n b i n g 2 Z H A NG G u a n g y i n ( T i a n j i n R a i l w a y T e c h n i c a l a n d V o c a t i o n a l C o l l e g e T i a n j i n 3 0 0 2 4 0 T i a n j i n D o n g F ang S u e y C o ， L t d T i a n j i n 3 0 0 1 6 3 T i anj i n Mu n i c i p a l E n g i n e e r i n g De s i g n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e T i anj i n 3 0 0 0 7 4 C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e i n fl u e n c e o f t h e s h r i n k a g e o f c o n c r e t e o n t h e s t r u c t u r e s t r e s s o f the n e wl y b u i l t s u p e r s t r u c t u r e o f a wi d e n e d b r i d g e o n a h i g h wa y i s a n a l y z e d F i r s t ，t h e me c h a n i s m，ma i n c a u s e s a n d i n fl u e n t i a l f a c t o r s o f c o n c r e t e s h r i n k a g e a r e i n t r o d u c e d Th e n t l e i n fl u e n c e o f c o n c r e t e s h r i n k a g e o n t h e s t r u c t u r e s t r e s s o f t e e b e a m i S a n a l y z e d c o mb ini n g wi t h a p r o j e c t c a s e a n d fi n i t e e l e me n t mo d e l ， wh i c h wi l l p r o v i d e a t h e o r e t i c a 1 f o u n d a t i o n f o r t h e o p t i ma l d e s i g n an d c o n s t r u c t i o n o f wi d e n e d b r i d g e s Ke y wo r d s ： h i g h Way wi d e n e d b r i d g e c o n c r e t e s h r i n k a g e t e e b e a m s t r u c t u r e s t r e s s 62