基于等效原理的pc箱梁截面不均匀收缩效应确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于桥梁结构设计及施工技术领域，尤其是设及一种基于等效原理的PC 箱梁截面不均匀收缩效应确定方法。
【背景技术】
[0002] 大跨度预应力混凝±连续刚构桥存在的变形过大问题，越来越受到国内外学者的 关注。研究人员主要通过有限元方法去预测分析连续刚构桥长期下提值及其发展趋势，但 发现预测得出的理论值与实际观测值有很大差别，很多桥梁不仅累计下提值远大于理论计 算结果，并且建成若干年后桥梁的下提增长同样较快，没有出现收敛迹象，因而现有的预测 分析方法存在预测精度低、误差大等问题，不能满足实际需求。针对该问题，国内外学者做 了大量研究工作，也取得了不少进展，主要集中在收缩及徐变模型修正、预应力长期有效性 W及箱梁截面开裂等因素的影响方面；能肯定的是，通过该些研究分析，已经提高了预测的 精确度，但是改进后预测分析方法得出的预测值（也称理论值）与实际观测值仍然存在一 定的差距。
[0003] 混凝±的收缩、徐变是混凝±材料本身固有的时变特性，它是引起结构长期变形 的重要因素之一，同时也会引起结构的内力重分布。构件的理论厚度反映了混凝±构件的 干燥收缩速度，是影响混凝±构件收缩的重要参数。对于连续刚构桥而言，其主梁的箱型截 面各部位厚度差异显著，顶板、底板及腹板的混凝±收缩变形不同步，已有学者对此进行验 算，证实考虑箱梁截面非均匀收缩（也称截面不均匀收缩）因素后，得出的跨中下提累计 值，较常规预测分析方法得出的预测值大，说明箱梁截面不均匀收缩效应是引起连续刚构 桥后期超限下提的重要原因之一。
[0004] 目前普遍采用的收缩徐变预测模型，包括ACI模型（ACI209R-82规范中推荐的模 型）、C邸-FIP(1990)模型、B3模型、化2000模型等，上述模型均W体积表面积比或表面积 周长比来计算构件的理论厚度，实际计算中，一般将箱梁各部位的有效厚度进行平均，难W 考虑箱梁截面的不均匀收缩影响。并且，目前尚无一个能准确确定箱梁截面不均匀收缩效 应的方法，在有限元预测分析中也无明确的实现方式。
[0005] 综上，为提高桥梁主梁下提值的预测精度，准确掌握桥梁主梁的变形情况，需设计 一种方法步骤简单、设计合理且使用效果好的基于等效原理的PC箱梁截面不均匀收缩效 应确定方法，将PC箱梁的截面不均匀收缩效应等效为梁体的温度梯度荷载，能对预测箱梁 截面不均匀收缩效应进行准确且实现方便。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于等效 原理的PC箱梁截面不均匀收缩效应确定方法，其方法步骤简单、设计合理且使用效果好， 将PC箱梁的截面不均匀收缩效应等效为梁体的温度梯度荷载，能对箱梁截面不均匀收缩 效应进行准确预测且实现方便。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是；一种基于等效原理的PC箱梁截 面不均匀收缩效应确定方法，其特征在于该方法包括W下步骤：
[000引步骤一、待分析主梁单元划分；沿纵桥向方向，将待分析主梁由前至后划分为N个 梁单元；其中，N为正整数且N> 10 ;
[0009] 所述待分析主梁为PC箱梁且其为变截面梁；
[0010] 步骤二、截面不均匀收缩效应等效转换；对t时刻待分析主梁中各梁单元的截面 不均匀收缩效应分别进行等效转换，获得各梁单元对应的等效梯度温度；其中，t时刻为收 缩应变计算时刻的混凝±龄期且其单位为d;所有梁单元的截面不均匀收缩效应的等效转 换方法均相同；
[0011] t时刻待分析主梁中各梁单元因截面不均匀收缩引起的提曲变形量，与该梁单元 在等效梯度温度荷载作用下的提曲变形量相同；t时刻待分析主梁中各梁单元因截面不均 匀收缩引起的提曲变形量，为从t。时刻至t时刻该梁单元因截面不均匀收缩引起的提曲变 形量；其中，t。时刻为待分析主梁所处桥梁结构开始受收缩影响时刻的混凝±龄期且其单 位为d;
[0012] 对待分析主梁中第i个梁单元的截面不均匀收缩效应进行等效转换时，过程如 下：
[0013] 步骤201、待分析截面选取；在第i个梁单元上选取的一个横断面作为待分析截 面，所述待分析截面为第i个梁单元的等效梯度温度荷载加载截面；其中，i为正整数且i =1、2、…、N;
[0014] 步骤202、顶板收缩应变与底板收缩应变计算；根据第i个梁单元待分析截面上顶 板和底板的结构参数，并利用混凝±收缩徐变预测模型，对从t。时刻至t时刻第i个梁单 元待分析截面上的顶板收缩应变eU和底板收缩应变eM分别进行计算；
[0015] 步骤203、等效梯度温度计算；根据步骤202中计算得出的eU和edi，并按照公 式ATi=Aei/a(1)，计算得出第i个梁单元的等效梯度温度ATi;
[0016] 式（1)中，Aeeti-eM，a为待分析主梁所用混凝上的线膨胀系数；
[0017] t时刻第i个梁单元因截面不均匀收缩引起的提曲变形量，与该梁单元在ATi该 一梯度温度荷载作用下的提曲变形量相同；
[0018] 步骤204、多次重复步骤201至步骤203,直至计算得出待分析主梁中N个梁单元 的等效梯度温度；
[0019] 待分析主梁中N个梁单元的等效梯度温度，组成待分析主梁的等效梯度温度荷载 f目息。
[0020] 上述基于等效原理的PC箱梁截面不均匀收缩效应确定方法，其特征是；步骤201 中所述待分析截面为第i个梁单元的前端面、后断面或中部横断面。
[0021] 上述基于等效原理的PC箱梁截面不均匀收缩效应确定方法，其特征是；步骤204 中计算得出待分析主梁中N个梁单元的等效梯度温度后，得出待分析主梁中各梁单元在等 效梯度温度荷载作用下的提曲变形量；再采用叠加法对待分析主梁中N个梁单元在等效梯 度温度荷载作用下的提曲变形量进行叠加，得出t时刻待分析主梁的提曲变形数据。
[0022] 上述基于等效原理的PC箱梁截面不均匀收缩效应确定方法，其特征是；步骤202 中第i个梁单元的待分析截面的结构参数包括第i个梁单元待分析截面上的顶板厚度hti 和底板厚度hdi，其中hti声h步骤201中待分析截面选取后，还需对第i个梁单元待分析 截面上的顶板厚度hti和底板厚度hM分别进行测量。
[0023] 上述基于等效原理的PC箱梁截面不均匀收缩效应确定方法，其特征是；步骤202 中对顶板收缩应变和底板收缩应变edi进行计算时，按照《公路钢筋混凝±及预应力 混凝±桥涵设计规程》JTGD62-2004的附录F中F1. 1. 1节公开的混凝±收缩应变计算方 法进行计算。
[0024] 上述基于等效原理的PC箱梁截面不均匀收缩效应确定方法，其特征是；步骤202 中对顶板收缩应变￡?和底板收缩应变edi进行计算时，按照公式eti=et)= ecs〇[0sti(t-ts)-0sti(t0-ts)]似和Edi二ecsd(t〇，d=ecs〇[0sdi(t-ts)-0sdi(t0-ts)] (3)进行计算，公式（2)和（3)中，e。,。为待分析主梁所用混凝±的名义收缩系数，为待 分析主梁所用混凝±开始收缩时的混凝±龄期且其单位为d;
[002引 0S" (t-ts) = [ (t-ts)Ai]。'^口50 化。/\)2+ (t-ts)Ai]。'5，
[0026] 0S" (Vts) = [ (Vts)化]。'^口50 化。/\)2+ (Vts)化]。'5，
[0027] 0S"a-ts) = [ (t-ts)Ai]。'^口50 化"/h。)2+ (t-ts)Ai]。'5，
[002引 |3sdi(t0-ts) = [(*0-*日）八1]。^/1!350 化"/h〇)2+(t〇-ts)/ti；T'5;其中，h〇= 100mm，t1 =Id。
[0029] 上述基于等效原理的PC箱梁截面不均匀收缩效应确定方法，其特征是；t,= 3d~ 7d，t>t曰。
[0030] 上述基于等效原理的PC箱梁截面不均匀收缩效应确定方法，其特征是；步骤一中 N个所述梁单元的纵桥向长度均相同。
[0031] 上述基于等效原理的PC箱梁截面不均匀收缩效应确定方法，其特征是；步骤一中 所述梁单元的纵桥向长度大于2m。
[0032] 上述基于等效原理的PC箱梁截面不均匀收缩效应确定方法，其特征是；步骤203 中所述的等效梯度温度ATi为第i个梁单元的待分析截面上顶面和底面的温度差。
[0033] 本发明与现有技术相比具有W下优点：
[0034] 1、方法步骤简单、设计合理且实现方便，省工省力，采用数据处理设备进行数据处 理，能在短时间内（具体在几分钟，甚至十几秒内）计算得出基于截面不均匀收缩效应的主 梁提曲变形数据，实际操作非常简便。
[0035] 2、采用等效原理对箱梁截面不均匀收缩效应产生的主梁提曲变形进行预测，通过 等效转换，将截面不均匀收缩的主梁提曲变形效应转换为线性梯度温度作用下的主梁提曲 变形效应，设计新颖、合理且实现简便，能对截面不均匀收缩的主梁提曲变形效应进行准 确、可靠预测，操作性强。
[0036] 3、采用有限元方法并结合截面不均匀收缩影响因素对主梁提曲变形数据进行预 巧。，实现方便，投入成本低且预测效率高。
[0037] 4、预测精度高，所得出的主梁提曲变形数据准确，且可靠性高。<