结合预应力损失对连续梁内力的影响分析.doc

1、结合预应力损失对连续梁内力的影响分析摘要：结合广东某特大桥(48+80+48)m 三跨连续梁，从考虑和不考虑预应力损失两种情况进行了论述，介绍了预应力损失的组成和计算方法，进行了预应力损失对桥梁结构内力影响的研究。 关键词：预应力损失；连续梁；摩阻参数；内力 中图分类号：K928.78 文献标识码：A 文章编号： 引起结构预应力损失的因素很多，准确地估算预应力损失值是非常困难的。有些因素(如混凝土的收缩、徐变及钢筋松弛)引起的预应力损失值是随着时间的增长和环境的变化而不断变化的；还有些因素之间互相影响(如混凝土收缩、徐变使构件缩短，钢筋回缩等)导致预应力值降低，它又将减小徐变损失。设钢筋初始张

2、拉控制应力记作，相应的应力损失值为,则它们与有效应力间的关系为： (1) 由此看出：要确定张拉控制应力，除了需要根据承受外荷载的情况事先估计有效预应力外，关键是要估算出各项预应力损失值1。 1 工程概况 以广东某特大桥(48+80+48)m 三跨连续梁为工程背景，分析研究预应力损失对桥梁结构内力的影响。连续梁全长 177.2m(含两侧梁端至边支座中心各 0.60m)；防护墙内侧净宽 8.8m，桥上人行道栏杆内侧净宽11.4m，梁顶面宽 11.6m。梁体各控制截面梁高分别为：端支座处及边跨直线段和跨中处为 3.20m，中支点处梁高 5.30m，梁高按圆曲线变化，圆曲线半径 R=335.871m；

3、桥面组成为道碴槽宽度 9.1m，两侧人行道宽度各1.25m。全桥箱梁顶宽 11.6m，箱梁底宽 5.429m，箱梁横截面为单箱单室斜腹板，腹板斜率 1:3.5。顶板厚 34cm，腹板厚分别为 36cm、75cm，底板厚由跨中的 39cm 按圆曲线变化至中支点梁根部的 90cm，中支点处加厚到 120cm；全桥共设 5 道横隔梁，分别设于中支点、端支点和中间跨跨中截面。中支点处设置厚 1.5m 的横隔梁，边支点处设置厚 1.2m 的端隔梁，跨中合拢段设置厚 0.6m 的中横隔梁。 2 预应力损失的组成及计算方法 2.1 预应力损失的组成 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范(TB1000

4、2.3-2005)中规定，当计算预应力钢筋的应力时，后张法预应力混凝土预应力损失包括 5 项： 钢筋与管道之间的摩阻 锚头变形、钢筋回缩和分块拼装构件的接缝压缩 混凝土的弹性压缩 钢筋的应力松弛 混凝土的收缩和徐变 此外，尚应考虑预应力钢筋与锚圈口的摩擦及喇叭口摩擦2。 2.2 预应力损失的计算方法 二十世纪五十年代以来，各国学者对预应力混凝土构件进行了大量试验研究与分析，提出了一些预应力总损失值的近似算法，并做出了预应力筋总损失近似估算值的规定。1958 年以前，在设计中采用近似公式来计算预应力损失，或直接取用预应力总损失值：先张构件取 241MPa，后张构件取 172MPa3。这一损失值是

5、根据正常强度的混凝土、正常的钢绞线、正常的预加应力值以及正常的养生条件等情况确定的。所计算的预应力损失值只包括：弹性压缩、钢筋松弛、混凝土收缩和徐变，但不包括摩阻和锚具引起的损失。 3 结构计算模型 对该三跨连续梁桥计算时，采用有限元软件 Madis/Civil 将其模拟为空间三维梁单元模型， 2墩顶支座为固定铰支，其它墩顶支座为活动铰支，其成桥结构计算图如 1 所示。其中桥梁模型单元数为 112，节点数为 113，预应力钢筋 186 根，施工阶段总数为 43。 图 1 计算模型图 3.1 计算参数的取值 连续梁计算模型中考虑的施工阶段荷载有结构自重、钢束预应力荷载、挂篮自重、混凝土湿重、合拢

6、时的吊篮和配重等。其中二期恒载采用均布荷载、箱梁横隔板加跨中集中力的方法来模拟。根据图 3 的结构计算模型，箱梁截面抗弯惯矩、截面面积以及截面高度均采用设计方提供的资料；预应力钢筋参数是根据预应力束的几何要素以及计入预应力束的摩阻损失来获得；收缩徐变参数是依据文献2中的公式并考虑环境温度、理论厚度和收缩徐变终值。以下是计算模型中选取的参数值。 预应力混凝土材料物理性质：弹性模量3.60104MPa，泊松比0.2，轴心抗压强度37.0 MPa，轴心抗拉强度3.3 MPa，容重26.0 KN/m3。 预应力钢束力学性能：弹性模量1.95105MPa，抗拉强度标准值为1860MPa，公称直径为 19

7、-j15.24mm，张拉控制应力1339.2 MPa，锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值为 6mm，钢筋与孔道摩阻系数设计值0.14，孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数设计值0.0025。 3.2 模型简化 进行有限元分析时，对原结构进行必要的简化是合理的且是必须的，本模型主要作了以下简化： （1）建模时只考虑各施工段的截面形状，而忽略普通构造钢筋、预应力筋孔道、预埋件等对截面的影响； （2）只研究纵向预应力筋的作用而忽略竖向预应力筋和顶板横向预应力筋的影响； （3）在 Midas/Civil 模型里，没有建立支座及桥墩，在节点上施加约束条件，边跨现浇直线段采用节点弹性支承，支座约束采用一般支承。4

8、 预应力损失对结构内力的影响 为了分析预应力损失对结构内力的影响，在计算过程中分两种情况进行讨论： （1）不考虑预应力损失； （2）根据现场实测所得摩阻参数0.161、0.00278 考虑预应力损失。 对锚头变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失及其它几项预应力损失有关参数在模型中进行输入，计算中考虑了混凝土的收缩徐变。 4.1 截面位置的选取 预应力损失对结构内力的影响，选取临时支墩截面(1-1)和跨中截面(2-2)进行分析，截面选取如图 2 所示。 图 2 截面位置 4.2 计算结果 图 3 为在各个施工阶段，考虑预应力损失和不考虑预应力损失两种情况下的内力比较，图 4 为中跨合拢后两种情

9、况下的内力比较。 图 3 预应力损失对主梁 1-1 截面弯距的影响 图 4 预应力损失对主梁 2-2 截面弯距的影响 由以上结果进行分析可以得出： 由图 3、图 4 可以看出，在考虑和不考虑预应力损失两种情况下，结构的内力值变化规律是一致的，在不考虑预应力损失的情况下，内力值比考虑预应力损失时要大，并且在中跨合拢以后这种影响的差值要比合拢以前大，说明体系转换为超静定以后，结构内力发生变化。 图 5、图 6 列出了在考虑和不考虑预应力损失两种情况下，临时支墩截面(1-1 截面)在不同施工阶段，主梁上缘和下缘的应力对比。 图 5 预应力损失对主梁 1-1 截面主梁上缘应力的影响 图 6 预应力损失

10、对主梁 1-1 截面主梁下缘应力的影响 对以上结果进行分析可以得出：由图 5、图 6 可以看出，在考虑和不考虑预应力损失两种情况下，预应力损失对主梁上缘应力影响较小；对图 5，主梁上缘应力在中跨合拢前基本没变化，中跨合拢后影响较大，最大影响值为 2.36MPa；对图 6，在中跨合拢前，主梁下缘应力变化较大，合拢后变化不大。 5 结束语 结合广东某特大桥连续梁，在考虑和不考虑预应力损失两种情况下，对该连续梁桥由预应力损失对结构内力和变形的影响做了分析，得出的主要结论如下： (1) 不考虑预应力损失时，结构内力比考虑预应力损失时要大；中跨合拢后内力影响值比合拢前要大，原因可能为体系转换为超静定以后

11、，预加力产生的次内力对结构内力产生了影响。 (2) 预应力损失对结构内力产生较大的影响，因此，在计算预应力损失时，要从实际情况出发，立足规范，但又不能拘泥于规范。 (3) 预应力技术及其张拉技术日新月异地发展，而规范的更新速度远不及技术的发展速度，因此，预应力参数在预应力损失的计算中有着越来越重要的参考价值。 参考文献： 1 李永斌.大跨径刚构连续组合梁桥结构计算与预应力损失研究D：（硕士学位论文）.武汉：武汉理工大学，2005. 2 TB10002.32005.铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范S.北京：中国铁道出版社，2005. 3 张元海，刘世忠.后张法预应力混凝土梁钢束预应力损失研究J.中国公路学报，2002，15(2)：76-78.