变温变湿环境中箱梁结构徐变效应分析方法研究

The creep model, the creep characteristic of box-girder and the creep effect analysis method are studied based on the creep mechanism, the structure analysis theory and the experimental data. According to the solidification theory, a creep model is modified to describe the creep property in the condition of variable temperature and humidity, the effect of which is considered with a new conception as 'equivalent ages'. Another conception introduced in the project is the seasonal temperature field, which is combined with the temperature field of hydration to quantify the condition of curing and creep. These two fields and the characteristics of box-girder are studied based on the experimental data. A creep analysis method for reinforced concrete members is presented, considering the effect of steel reinforcement on creep by the principle of bend moment equivalency. Both the new method and the new model are taken into account to analyze the effect of two temperature fields and the reinforcement distributions on the creep characteristics of box-girder. An efficient finite segment element for the creep effect analysis is presented considering the creep, components and mechanical characteristics of box-girder. And a new creep effect analysis method for the box-girder bridge in the condition of variable humidity and temperature is established based on the approaches proposed above. Current work would contribute to a new way for the research of the creep effects of box-girder and therefore lay a solid foundation for the solution of the deformation in the mid-span of the box-girder bridge.

本项目以徐变机理、有限元分析理论和多年积累的实测数据为基础，结合新开展的实验，从徐变模型、箱梁徐变特性和结构徐变效应分析方法三个方面展开研究。首先根据固化理论，引入等效龄期反映温湿度变化对徐变的影响，提出考虑温湿度变化的徐变模型。其次提出季平均温度场的概念，用水化热温度场和季平均温度场量化箱梁不同部位的养护环境和徐变环境，利用实验数据对两种温度场和箱梁徐变特性进行研究。基于弯矩等效原则提出考虑钢筋影响的徐变计算方法。利用提出的新模型和新方法研究两种温度场及不均匀配筋对箱梁徐变特性的影响规律。最后根据箱梁徐变、构造、受力特征，利用化整为零的思路构造组合板梁单元，推导其徐变等效节点荷载，形成变温变湿环境中箱梁结构徐变效应分析的组合板梁单元法。本项目有利于加深对徐变规律的认识，为箱梁徐变效应研究开辟一种新思路，为解决大跨度混凝土箱梁桥跨中下挠问题奠定基础。

尽管对混凝土徐变的认识在不断提高，分析结构徐变效应的理论和方法在不断发展，但对于大跨度箱梁桥而言，其徐变效应分析结果只能达到“合理估计”的水平。大跨度箱梁桥结构普遍出现的梁体开裂和跨中下挠过大，就是不能准确预测徐变效应带来的不良后果。大跨箱梁结构徐变效应的预测精度主要取决于两个方面：一是准确描述结构徐变特性的徐变模型；二是可靠的结构徐变分析方法。但目前取得的研究成果，离“准确”和“可靠”还有一定距离。.本项目以多年积累的实测数据为基础，结合新开展的实验，围绕变温变湿环境中箱梁结构徐变效应分析方法展开研究。研究内容可归结为逐步推进的三个部分：.（1）徐变模型。基于广东地区多座大跨箱梁桥徐变计算参数样本，采用拉丁超立方抽样法和数理统计方法，从预测精度及预测结果不确定性两个角度对既有徐变模型进行评估，确定MC90模式为改进蓝本。引入等效加载龄期和等效持载龄期来分别反映养护期间和使用期间温湿度度变化对徐变的影响，改进MC90模式，使之更准确地描述自然环境中桥梁结构的徐变特性。.（2）箱梁截面徐变特性。基于实测数据，指出箱梁截面具有徐变不均匀性。对此提出将徐变系数相近的区域划分在一起，即将箱梁视为由顶板、底板和腹板等板件构成，对不同区域（板件）赋予不同的徐变系数，化整为零的徐变效应分析思路。研究徐变不均匀性的影响因素。提出以季平均温度场的概念，并用水化热温度场及季平均温度场来综合反映箱梁徐变的温度环境；提出考虑截面配筋差异的徐变系数计算方法。.（3）结构徐变效应分析方法。同样采用化整为零的思路，按板件和材料将梁段单元离散成若干子单元，根据各自的构造和受力特点，将混凝土板件和钢筋等效为板梁，将预应力筋等效为杆单元或板梁单元，各子单元独立推导刚度矩阵，再根据变形协调条件，集零为整，形成组合板梁单元。该单元考虑了钢筋（预应力筋）刚度贡献，并能反映箱梁挠曲、扭转、畸变和剪力滞后等复杂力学行为，同时，其将梁段化整为零的思路与上面提出的徐变效应分析思路一致，便于箱梁徐变特性的引入，可以作为箱梁结构徐变效应分析的良好载体。在组合板梁单元的基础上，结合箱梁徐变模式，引入AEMM、初应变法，建立了大跨箱梁结构徐变精细分析法。.本项目为箱梁桥徐变效应研究开辟一种新思路，为解决大跨度预应力混凝土箱梁桥的跨中下挠问题奠定基础。