一种prc连续刚构桥长期下挠的预测方法
【专利摘要】本发明公开了一种PRC连续刚构桥长期下挠的预测方法，考虑了主要影响长期下绕的六种因素：混凝土收缩徐变、混凝土徐变终极值、混凝土箱梁超重、混凝土桥面铺装超重、预应力损失和刚度降低，根据这6种参数与长期下挠拟合的关系曲线图，再根据实际工程的特点，确定影响长期下挠参数的取值，然后将这些参数对应的下挠值线性叠加乘以1.8倍的修正系数，即可预测出若干年后的下挠值。
【专利说明】一种PRC连续刚构桥长期下挠的预测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及桥梁正常使用状态下跨中最大挠度计算预测的领域，其具体涉及一种PRC连续刚构桥长期下挠的预测方法。
【背景技术】
[0002]由于大跨径预应力混凝土刚构桥因施工方便、造价经济，在公路建设中得到广泛应用。可是，近年来主跨跨中长期持续过量下挠、并伴随有裂缝产生，严重影响了桥梁的正常使用；大跨连续刚构桥的长期下挠已成为限制该类桥型发展的主要问题。由于影响参数众多并且缺乏能够表征大跨桥梁结构应力特点的试验验证，大跨径混凝土梁桥的长期下挠过大问题的发生机理和相应的加固控制挠度措施尚未形成统一、系统的方法和认知。
[0003]虽然研究文献表明，很多人基于软件分析了大跨连续刚构桥长期下挠的各种因素，但不能系统的、定量的给出一套比较完整实用的预测连续刚构桥长期下挠的方法。
[0004]为此，本发明即针对大跨径梁桥长期下挠过大问题，对长期下挠的影响因素、形成机理和长期下挠预测进行探索和研究，总结出了一种预应力混凝土大跨径连续刚构桥长期下挠的实用预测方法。
【发明内容】
[0005]针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明提出一种PRC连续刚构桥长期下挠的预测方法，系统的、定量的给出一套预测连续刚构桥长期下挠的方法。
[0006]为了实现上述 目的，本发明采取如下的技术解决方案:
[0007]一种PRC连续刚构桥长期下挠的预测方法，其特征在于，包括以下步骤:(1)混凝土的收缩徐变引起的下绕:采集大跨连续刚构桥混凝土收缩徐变的年份X1，根据公式f! (X1) =36.795-36.0Ux11'005计算混凝土的收缩徐变引起的下绕；(2)混凝土徐变终极值引起的下绕:采集混凝土徐变终极值放大系数X2,根据公式(X2) =5.438x°_599exp (-3.401X21-599)计算混凝土徐变终极值引起的下绕f2 ; (3)箱梁的超重引起的下绕:采集箱梁超重系数X3，根据公式f3(x3)=29.917X115eXp(-13.915X3215)计算箱梁的超重引起的下绕；(4)桥面铺装超重引起的下绕:采集桥面铺装超重X4，根据公式f4(X4)=-0.033+5.502x4计算桥面铺装超重引起的下绕；(5)预应力损失引起的下绕:采集预应力损失折减系数，根据x5，根据公式f5(x5)=0.019+22.04x5计算预应力损失引起的下绕；(6)混凝土结构刚度下降引起的下绕:采集混凝土结构刚度的降低x6，根据公式f6(x6)=10.566xL 508exp (-4.213x62_5°8)计算混凝土结构刚度下降引起的下绕；(7)根据步骤(1)至(6)计算的各种下绕根据公式f=l.2 (f 1+f2+f3+f4+f5+f6)预测大跨连续刚构桥的长期下挠。
[0008]所述徐变终极值放大系数是混凝土自身徐变终极值的1.2~1.4倍。
[0009]所述箱梁超重系数的确定方法为:实际混凝土的容重减去设计混凝土的容重除以设计混凝土的容重，取值范围为O~10%。
[0010]所述桥面铺装超重系数的确定方法为:将桥面铺装厚度偏差值调整为上部结构箱梁总重的10%，铺装厚度偏差除以设计厚度的总重即为桥面铺装超重系数，取值范围为10% ?50%O
[0011]所述预应力损失折减系数的确定方法为:成桥后3年内损失O?10%, 3年?30年，损失10%?20%ο
[0012]所述混凝土弹模折减系数的取值范围为:0?30%。
[0013]与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果:本发明考虑了主要影响长期下绕的六种因素:混凝土收缩徐变、混凝土徐变终极值、混凝土箱梁超重、混凝土桥面铺装超重、预应力损失和刚度降低，根据这6种参数与长期下挠拟合的关系曲线图，再根据实际工程的特点，确定影响长期下挠参数的取值，然后将这些参数对应的下挠值线性叠加乘以1.8倍的系数，这个1.8倍是根据对国内外典型的长期挠度过大桥梁进行了统计，在对跨径与下挠速率关系回归的时得出的挠度值与本文所使用的方法得出的挠度值对比的基础上提出的修正系数，根据以上的方法即可预测出若干年后的下挠值。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为预应力混凝土大跨连续刚构桥预测长期下挠的实用方法实施步骤
[0015]图2为混凝土收缩徐变时间与下挠的关系图(单位:cm)；
[0016]图3为混凝土徐变终极值与下挠的关系图(单位:cm)；
[0017]图4为箱梁超重与下挠的关系图(单位:cm)。
[0018]图5为桥面铺装超重与下挠的关系图(单位:cm)。
[0019]图6为预应力损失与下挠的关系图(单位:cm)。
[0020]图7为混凝土弹模折减与下挠的关系图(单位:cm)。
【具体实施方式】
[0021]通过研究表明，影响长期下挠的因素很多，而且这些因素在某种程度上也是相互耦合的，影响长期下挠的6种参数分别是混凝土收缩徐变、混凝土徐变终极值、混凝土箱梁超重、混凝土桥面铺装超重、预应力损失和刚度降低，根据这6种参数与长期下挠拟合的关系曲线图，再根据实际工程的特点并参考下面给出的一些参数建议值，确定影响长期下挠参数的取值，然后将这些参数对应的下挠值线性叠加乘以1.8倍的系数，这个1.8倍是根据对国内外典型的长期挠度过大桥梁进行了统计，在对跨径与下挠速率关系回归的时得出的挠度值与本文所使用的方法得出的挠度值对比的基础上提出的修正系数，根据以上的方法即可预测出若干年后的下挠值，具体步骤见图1，以沮河大桥十年挠度预测为例说明该方法步骤:
[0022]1.确定影响长期下挠的参数。
[0023]2.根据工程实际数据或参考上面给出的建议值，取定参数值。
[0024]3.根据各参数与下挠值的关系图，读图或在mathcad里输入相应的参数值，则自动计算这些参数产生的下挠值。
[0025]4.根据取定的参数产生的挠度值线性叠加，鉴于未考虑到一些影响长期下挠的因素和混凝土开裂后收缩徐变、预应力损失和结构刚度下降直接相互制约、相互耦合，得到的线性叠加的预测值放大1.8倍，即乘以一个1.8的修正系数，这个1.8倍是根据对国内外典型的长期挠度过大桥梁进行了统计，在对跨径与下挠速率关系回归的时得出的挠度值与本文所使用的方法得出的挠度值对比的基础上提出的修正系数。
[0026]以下详细说明:
[0027]1.混凝土的收缩徐变
[0028]混凝土收缩徐变与下挠的净挠度值的关系图如图2所示，横轴为成桥算起的时间，单位为年，纵轴为下挠净增值，单位为厘米，拟合函数为:
[0029](X) =36.795-36.013X1.005(I)
[0030]式中:
[0031]X为考虑收缩徐变的年份；
[0032]为收缩徐变产生的下挠值。
[0033]将考虑的收缩徐变年份代入公式(I)或在MathCAD中输入任意时刻，便可立即计算出任意时刻大跨连续刚构桥混凝土收缩徐变引起的下挠值。
[0034]2.混凝土徐变终极值
[0035]混凝土徐变终极值与长期下挠的关系图如图3所示，横轴为混凝土徐变终极值放大系数，纵轴为放大混凝土徐变终极值产生的挠度值，单位为厘米，拟合函数为:
[0036]f2 (x) =5.438x0.599exp (-3.40Ixl5") (2) [0037]式中:
[0038]X为徐变终极值放大系数；
[0039]f2为产生的下挠值。
[0040]混凝土徐变终极值建议值如下:
[0041]随着徐变终极值的增加，长期挠度的恒载分量呈现出非线性增加，根据工程经验分析，混凝土徐变终极值变异系数一般在5%~30%之间。此外，预应力混凝土徐变终极值一般做试验得出，根据预应力混凝土连续梁试验数据拟合分析表明，试验梁的徐变终极值明显大于现行规范值，拟合后的名义徐变系数约为规范值(混凝土自身的徐变终极值)的
1.2~1.4倍，并且早期徐变所占比例高于规范值，更多的徐变会发生在徐变早期。
[0042]根据以上参数建议值，取一个徐变终极值放大值，代入公式(2)或输入到MathCAD，便可立即计算出徐变终极值放大值产生的下挠值。
[0043]3.箱梁的超重
[0044]箱梁的超重与下挠的关系图如图4，横轴为箱梁超重倍数，纵轴为箱梁产生的下挠值，单位为厘米，拟合函数为:
[0045]f3(x)=29.917x115exp(-13.915x2.15)(3)
[0046]式中:
[0047]X为箱梁超重系数；(取值范围:0~10%)
[0048]f3为产生的下挠值。
[0049]箱梁超重系数的取值的建议值如下:
[0050]经过数据调研，工程实践中，由于施工涨模等引起的箱梁超重的误差通常在3%以内；C50混凝土容重为25kN/，超重计算表如下:
[0051]表1混凝土箱梁超重折算计算表(单位kN/m3)
[0052]
【权利要求】
1.一种PRC连续刚构桥长期下挠的预测方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)混凝土的收缩徐变引起的下绕:采集大跨连续刚构桥混凝土收缩徐变的年份X1，根据公式(X1) =36.795-36.013χ/_°°5计算混凝土的收缩徐变引起的下绕； (2)混凝土徐变终极值引起的下绕:采集混凝土徐变终极值放大系数X2，根据公式f2(x2)=5.438x°-599exp(-3.401?1 599)计算混凝土徐变终极值引起的下绕f2 ； (3)箱梁的超重引起的下绕:采集箱梁超重系数X3，根据公式f3(x3)=29.917x115exp(-l3.915?215)计算箱梁的超重引起的下绕； (4)桥面铺装超重引起的下绕:采集桥面铺装超重X4，根据公式f4(X4)=-0.033+5.502x4计算桥面铺装超重引起的下绕； (5)预应力损失引起的下绕:采集预应力损失折减系数，根据x5，根据公式f5(x5) =0.019+22.04x5计算预应力损失引起的下绕； (6)混凝土结构刚度下降引起的下绕:采集混凝土结构刚度的降低X6，根据公式f6(x6)=10.566xL 508exp(-4.213?2 5°8)计算混凝土结构刚度下降引起的下绕； (7)根据步骤(1)至(6)计算的各种下绕根据公式f=l.8(4+4+6+4+4+4)预测大跨连续刚构桥的长期下挠。
2.如权利要求1 所述的一种PRC连续刚构桥长期下挠的预测方法，其特征在于，所述徐变终极值放大系数是混凝土自身徐变终极值的1.2~1.4倍。
3.如权利要求1所述的一种PRC连续刚构桥长期下挠的预测方法，其特征在于，所述箱梁超重系数的确定方法为:实际混凝土的容重减去设计混凝土的容重除以设计混凝土的容重，取值范围为:0~10%。
4.如权利要求1所述的一种PRC连续刚构桥长期下挠的预测方法，其特征在于，所述桥面铺装超重系数的确定方法为:将桥面铺装厚度偏差值调整为上部结构箱梁总重的10%，然后铺装厚度偏差除以设计厚度的总重即为桥面铺装超重系数，取值范围为10%~50%。
5.如权利要求1所述的一种PRC连续刚构桥长期下挠的预测方法，其特征在于，所述预应力损失折减系数的确定方法为:成桥后3年内损失O~10%, 3年~30年,损失10%~20%。
6.如权利要求1所述的一种PRC连续刚构桥长期下挠的预测方法，其特征在于，所述混凝土弹模折减系数的取值范围为:0~30%。
【文档编号】G06F19/00GK103544388SQ201310492511
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2013年10月18日
【发明者】杨国俊, 王晓明, 李子青, 郝宪武 申请人:长安大学