大跨预应力混凝土箱梁桥收缩徐变效应测试与分析.docx

大跨预应力混凝土箱梁桥收缩徐变效应测试与分析汪剑方志（湖南大学湖南长沙410082）摘要:预应力混凝土箱梁桥以其良好的结构整体受力性能在现代大跨桥梁结构中得到广泛应用，但迄今所修建的混凝土箱梁桥中，运营阶段箱梁开裂及下挠过大的现象较为普遍，实际混凝土箱梁桥中混凝土收缩徐变作用及其效应认识的不足是其可能产生的原因之一。现行有关混凝土收缩徐变的计算公式多以试验室模型试验结果为依据确定，由于实际混凝土箱梁结构的尺寸较大同时又处于复杂的自然环境中，因此对实际结构进行长期测试以获得能够验证现行规范混凝土收缩徐变计算公式的实测数据显得尤为重要。结合某高速公路上两座大跨预应力混凝土箱梁桥的修建及运营，对处于自然环境中的箱梁桥在混凝土收缩徐变作用下的真实反应进行测试，并详细地分析各测试数据，在此基础上提出同时考虑混凝土温度、环境相对湿度、箱梁局部理论厚度等因素及其变化的混凝土收缩应变和徐变系数计算方法，并将其应用于实际桥梁的收缩徐变效应分析中，得出一些具有实用价值的结论，为实际箱梁桥的收缩徐变计算提供参考。关键词:混凝土箱梁收缩徐变长期测试与分析引言多年来，国内外众多专家和学者对混凝土收缩徐变预测模型这一课题开展了大量的研究工作，并取得了一批重要的成果，但必须强调的是，在现阶段较为流行的预测模型基本上都是建立在试验室数据基础上的经验公式，由于试验室特定条件（恒温、恒湿、小试件）的局限或研究者侧重点的不同，不同的研究者提出的模型所考虑的影响因素也不尽相同，因此各混凝土收缩徐变模型均需要实际结构中的实测结果加以验证。尽管国外对实际桥梁的长期观测已取得了较为丰富的成果，特别是PeterF.Takács等（2002）[1]和LiXianping等（2002）[2]所取得的丰富数据，但是需要指出的是，两者研究的桥梁所处的环境具有一定的相似性：Norddalsfjord桥、Stovset桥和Stolma桥处于挪威海岸线，其环境平均温度5~10℃，而NorthHalawa桥的环境温度20~25℃，相对湿度80%~90%，因此其相对湿度和温度终年变化不大。而对于国内大多数地区，相对湿度和温度在一年中的变化均较大，并且Li在文中还提到“尽管当地夏天和冬天的温度相差较小，但实测数据表明夏季混凝土的应变率在增本文获第三届欧维姆优秀预应力论文奖一等奖（原载《土木工程学报》2008.No.1）加而冬季的在降低”[2]，因此有必要结合国内实际工程的修建，对其在自然环境下结构内的反应进行测试，以确定适合于当地的混凝土收缩徐变模式。本文以衡昆高速公路沿线两座大跨预应力混凝土箱梁桥为依托，基于施工过程及成桥后较长时间内对结构反应的系统观测，研究处于自然环境中的实际结构在混凝土收缩徐变作用下的真实反应，为混凝土箱梁桥的收缩徐变计算提供参考。1混凝土箱梁桥收缩徐变效应现场测试所分析测试的两座桥梁分别为衡阳东阳渡湘江大桥（主跨150m的预应力混凝土连续梁桥）和祁阳白水湘江大桥（主跨120m的预应力混凝土连续刚构桥），在施工过程中及成桥后进行了长达5年的现场观测。测试内容包括桥址环境温度场、混凝土箱梁温度、各控制截面应变变化及挠度变化。图1为衡阳东阳渡湘江大桥各应变和温度测试截面总体布置图，温度测试截面为T1~T4截面，各温度测点布置如图3（a）所示，应变测试截面为S1~S10，其中S1、S10为边跨合龙段截面，S4、S7为中跨合龙段截面，其余截面为各墩根部附近截面（各墩2号块与3号块相交截面），各截面应变测点P1~P8如图3（b）所示（根部截面梁高9.5m，跨中截面梁高3.8m）。图2为祁阳白水湘江大桥各应变和温度测试截面总体布置图，温度测试截面为T1截面，应变测试截面为S1~S12，其中S11截面为2号墩墩底截面，S12截面为3号墩墩顶截面，温度测点布置及应变测点布置如图3（a）、（b）所示（根部截面梁高7.2m，跨中截面梁高3.0m）。在施工过程中，挠度测点布置在各梁段前端截面顶板上，成桥后，挠度测点布置在防撞栏杆上，如图3（c）所示。现场测试选用智能钢弦式应变计作为应变测试传感元件，挠度采用精密水准仪进行测试。施工过程中，对各主要工况下的应变变化进行了测试，成桥后对各桥进行了为期3年的跟踪观测，到目前为止，测试时长接近1500天。2混凝土箱梁应变测试结果及分析由于测试数据较多，现仅给出具有典型的、具有代表性的测试结果，如图4~图16所示（图中应变单位均为με，负值为压应变）：图4~图5为衡阳东阳渡湘江大桥箱