摘 要

目前，国内外关于大跨径预应力混凝土连续梁桥的研究已经取得了较为可观的发展，而随着研究的深入，大跨度预应力混凝土连续梁桥中混凝土的一些徐变问题也暴露出来，并且已经开始引起国内外的一些关注。对于大跨度预应力砼连续梁桥，混凝土徐变会对其结构变形造成影响，所以对这种桥梁的徐变效应分析在设计中是不可缺少的。

本次毕业设计依托的是萍乡至莲花高速公路新建工程中源头水库特大桥工程，然后采用有限元软件对这座桥的徐变效应进行了详细的分析。

首先，本文先综述了国内外对徐变的基本理论的研究，然后分别对国内外大跨度预应力砼连续梁桥的发展现状，以及徐变对其结构影响的研究现状进行了概述。

接着需要熟练运用Midas Civil有限元软件来对本次的源头水库特大桥进行全桥建模，再观察桥梁的应力和应变，以最后的计算结果为参考，分析徐变对其的影响。

根据前文做的基础，分别分析在不同的湿度、不同的混凝土强度和不同的预运营时间下，影响预应力混凝土连续梁桥的徐变效应的规律，并分析产生这种徐变效应可能的因素，最后根据所得出的结论，分析徐变对桥面板应力的影响，对以后预应力混凝土连续梁桥的设计和施工提出一些建议。

关键词：大跨度预应力混凝土连续梁桥；有限元；徐变效应；

Abstract

We have made a great progress in the research on long-span prestressed concrete continuous bridge at home and abroad now. And with the development of research, we have realized the importance about some creep problems. The problems have attracted some attention over the world. For this kind of bridge, the creep of concrete will have influence in their structural distortion. So, the creep effect analysis of this kind of bridge is obbligato.

The graduation project is based on the Yuantou reservoir super large bridge project of Pingxiang to Lianhua expressway, and then the creep effect of the bridge is analyzed in detail by using the finite element software.

In this paper, I summarized the fundamental theory of the creep firstly. And then I summarized the current situation of this kind of bridge’s development. Finally, I summarized the current situation of the influence of creep on its structure.

Then I used Midas Civil to establish a whole bridge model of Yuantou reservoir bridge. After that, I observed the stresses and strains on the bridge. Taken the result as a reference, I can analyze the influence of creep.

Based on the previous work, I analyzed the rules of the creep of the bridge under some different humidity, concrete strength and run time. And I analyzed the possible factors that produce the creep effect. Finally, according to the conclusion, analyzes the creep effect the influence of the variation on the stress of the bridge deck and some suggestions for the design and construction of the prestressed concrete continuous beam bridge are put forward.

Keywords: long span prestressed concrete continuous beam bridge; finite element; creep effect;

目 录

摘 要 3

Abstract 4

目录 5

第1章 绪论 7

1.1引言 7

1.2国内外混凝土结构徐变研究的历史发展和现状 8

1.3主要研究内容和目的 9

第2章 混凝土桥梁徐变基本理论研究 10

2.1混凝土徐变的概念 10

2.2混凝土徐变的机理 10

2.3 影响徐变的因素 10

2.3.1水泥种类 10

2.3.2 水灰比 11

2.3.3 养护环境的温度、湿度 11

2.3.4 作用应力 11

2.3.5 工作环境的温度、湿度 11

2.3.6 其他 11

第3章 全桥有限元模型的建立 13

3.1源头水库特大桥设计标准 13

3.1.1主要技术标准 13

3.1.2材料种类 13

3.2源头水库特大桥总体布置及结构设计 13

3.3有限元模型的建立 14

3.3.1模型简化 14

3.3.2单元、截面、刚束的建模 15

3.3.3挂篮、悬浇荷载模拟 15

3.3.4施工阶段定义 16

3.3.5使用阶段荷载输入 16

3.4小结 17

第4章 大跨度连续梁桥施工过程受力分析 19

4.1全桥模型 19

4.2施工阶段概述 19

4.3内力图 20

4.4小结 21

第5章 大跨度连续梁桥徐变效应分析 23

5.1徐变结果分析 23

5.1.1施工阶段 23

5.1.2成桥阶段 23

5.2 徐变影响因素分析 26

5.2.1相对湿度 26

5.2.2混凝土强度 26

5.2.3运营时间 27

5.3徐变导致的内力重分布计算 27

5.4小结 29

第6章 结论与展望 31

6.1 结论 31

6.2展望 31

致谢 34

第1章 绪论

1.1引言

从人们认识预应力混凝土并对其进行研究到现在已经持续了有一百多年了，但是将这种材料用于桥梁等现代结构上，却只有短短五十年左右的时间，近三十年来，使用这种材料的桥梁建筑快速发展，在所有桥的工程中，占得一席之地。实际上，对混凝土材料施加预应力的这个想法在十九世纪60年代初就已经被一些学者提出了，但是从那时一直到1920年前，人们进行的大量的试验和不同的研究都以失败告终。而失败的主要原因在于当时材料的强度达不到要求或因收缩、徐变的影响将施加在混凝土上的预应力抵消殆尽。在这些失败的试验中，学者们进行了总结，尝试找寻失败的原因，在这过程中，得以预应力混凝土这种材料有了更深的认知，并且发现了一些极其重要的问题。

预应力混凝土属于高强材料，并且把这类材料的特点发挥的淋漓尽致，其刚度、强度以及抗冻、裂等性能等都十分的可靠，并且对这种结构的检修相对方便、简单，工程量也较少，制造所产生的声音也不大。对应用这种材料所完成的连续梁桥的施工的技术也在不断地进行着创新和改良，目前已经达到了比较先进的阶段。目前国内工程中，有很多现代化的机器和较为先进的施工技巧，所以在施工时，对这些机器和技术的频繁使用极大程度的将施工周期减少，体现出非常可观的经济效益。预应力混凝土具有较好的可塑性，而用此类方法建成的连续梁桥能够尽可能的利用这一特性，从而达到能够创造更加多元化的建筑形式的目的，能更加美观，和自然环境更为融合，所以大跨度预应力砼连续梁桥是经济性和观赏性共存的。不论是在跨江跨湖的桥梁工程中，还是在高速道路或者城市的高架桥工程中，预应力砼桥梁都有着属于自己的独特优势，很容易在竞选中获得优胜。

所谓混凝土的徐变就是砼材料的一种原有的体积随着时间变化而变化的过程。而徐变和收缩这两种行为可能是由某种共同的基本因素所决定，例如：收缩的程度越大的混凝土，它的徐变程度也更大。当然，这并不代表着收缩和徐变的原理是完全一致的，但二者产生的原理确实都与混凝土内的水化水泥浆的特性有一定的关系。二者的不同点在于徐变是因为持续受荷载应力，因而产生的混凝土内部构造的变形，而收缩则只与自身的材质和周围的介质有关，与荷载应力无关。混凝土结构在长期受持续荷载的作用下会发生徐变，这种变形在混凝土的内部构造之中起到了一定的相互制约的作用，从而就会导致混凝土内部结构之中内力重分布和一定程度的变形，会对预应力砼连续梁桥的安全性和稳定性造成一定程度上的影响。并且徐变会造成结构上最开始施加的预应力的损失，还会加大负弯矩区的变形，可能会造成开裂问题，而对桥梁长期的安全性和稳定性造成影响。在大跨度预应力砼连续梁桥这一结构中，混凝土的收缩和徐变是不可能消失的，所以对这一结构的徐变效应分析是研究预应力砼连续梁桥的过程中不可或缺的一环。

1.2国内外混凝土结构徐变研究的历史发展和现状

人们对混凝土徐变的探索大概从1930年之后就已经开始了，这些年来，人们对砼的徐变的理论认知越来越深刻、对工程中徐变造成的影响也研究颇多、对徐变效应的分析和计算方法也在不断的更新和改进，下面将讲述混凝土徐变在国内外的发展历程。

在国外，研究人员对砼的徐变性质的研究经历了以下几个阶段。阶段一是从混凝土材料刚被发现开始一直到1930年左右。砼材料刚诞生时，学者们对徐变问题还并不了解，甚至不知道混凝土材料会产生这种变形，这一阶段里研究人员逐渐到混凝土会产生徐变这种变形，也慢慢意识到徐变的重要性。阶段二是从1认识930年往后，一直到1970年左右。从1930年开始，国外的研究人员和学者们开始针对砼的徐变问题进行一系列的相关试验，在这些试验中获取了大量极具研究价值的试验数据，取得了非凡的成就。在这个阶段，研究人员们完成了对砼的徐变理论知识的完善和对计算方法的发展和改进，并且得到了各种各样的徐变计算方法。但这些方法大多需要手算完成，并且需要运用数理统计的手段，比较传统。在这其中有一部分计算方法在当时的情况下，是被广泛认同，也应用到实际工程中，但是却有一定的局限性，如迪辛格尔提出的“混凝土徐变效应分析法的计算方法”。阶段三是从1970年至今，在这一阶段中，徐变效应逐渐从理论知识方面走向实际的建筑结构中。在这一阶段，国外的研究人员提出了很多徐变的计算模型，这里举几个有代表性的例子: “混凝土结构的设计及施工的国际建议”; Z. P. Bazant 教授等人提出的将徐变的BP模式和BP2模式（这个理论将徐变分为基本徐变与干燥徐变）等。在分析计算方法方面，由于现代计算机技术的兴起，传统且复杂的手算渐渐被代替，计算机强大的计算能力使徐变效应的研究得以更快速度的发展。再后来，计算机的计算能力越来越强大，再加上结构有限元方法的出现与应用，使我们能够更快的分析越来越复杂的结构，解决越来越复杂的徐变问题，使现实的工程建筑越来越多样化。

在国内，研究人员对混凝土徐变进行试验是从二十世纪60年代开始的，最开始是在预应力简支梁的试验中，为了计算其预应力的损失，水利水电科学研究院、建筑科学院、中科院等单位一起进行的。我国在这之后才开始进行较为专业性的研究，专门针对砼的徐变的特性，给出了数学的计算方法。至于在更加复杂的超静定结构的领域，到1970年之后才在现实桥梁中得以使用。等到1980年后，陈永春等在Trost- Bazant理论基础上,提出了中值系数法。1991年，范立础等人对有效模量法进行改进，通过位移法写计算程序，进行了次内力的计算。1996 年，王勋文等人将徐变本构理论与继效流动理论结合，推论出松弛系数与徐变系数之间的关系，推导出老化系数的实用公式。近年来，同济大学薛伟辰等教授对预应力砼桥梁的徐变特性做了很多试验研究。几十年来，我国在混凝土徐变方面下了很多功夫，也获得了一些值得骄傲的成绩，研究成果也很丰富。但与欧美国家相比，由于进行研究的时间相对较短，导致研究水平还是有一定差距，所以国内桥梁规范中徐变效应的预测模型很多都是欧美标准的。因此，为了迅速提高我国对徐变效应的研究水准，应该在可能影响材料徐变的多种因素的影响下，对强度大、性能好的混凝土材料进行混凝土的徐变试验研究。

现如今的砼材料的性能越来越优越，强度越来越高，人们对其的研究也越来越系统化，对各种可能对徐变产生影响的因素也进行了针对性的试验。目前，混凝土徐变研究体系基本完善，国内外的研究人员大都从事改进工作，尤其是推论徐变发展规律的数学模式和分析这种变形对工程建筑性能的影响这两方面。例如根据统计学的原理对混凝土结构的徐变问题进行“不定性”分析的研究,对于卸载时徐变恢复的非线性问题的研究以及对高强高性能混凝土徐变性能的分析等。这些研究取得的成绩将使人们对混凝土徐变的认知更加深刻，也使徐变的计算分析更多的应用到现实工程建筑之中。

1.3主要研究内容和目的

大跨度预应力砼连续梁桥能够在现代桥梁建筑中占得很重要的地位，这种建筑能够很好地发挥混凝土和钢的物理性能。这种结构一般使用悬臂法现浇施工，在这个施工过程中，桥梁的结构是随时间而变化的，承受的荷载应力也随时间而改变，这个过程中存在的徐变问题是不可忽视的。完工后，随时间的推移，徐变效应使桥梁的刚度变小，从而造成更大的形变，桥梁的承重能力自然也就下降了。因此既要考虑施工阶段徐变带来的影响，还得考虑长期荷载下的徐变效应。所以，在大跨度预应力混凝土连续梁桥的设计和施工中，研究和考虑徐变造成的影响是不可缺少的步骤，并且还要给出相应的方法来减少徐变带来的不好的影响，让这种工程结构更加稳固和安全。

本文应用Midas Civil有限元软件，对萍乡至莲花高速公路新建工程中的源头水库特大桥工程进行了建模，再对在这个工程中的徐变效应进行数值分析，得出这座桥梁在荷载作用下的徐变规律。分析徐变对桥梁有何影响，得出结论。最后再为今后研究此类桥梁的徐变提供参考。

第2章 混凝土桥梁徐变基本理论研究

2.1混凝土徐变的概念

本文中所就说的徐变是指在混凝土进行固化之后发生的徐变，这是砼的一种形变的性质。在对混凝土持续施加单向荷载的情况下，砼本身会发生与荷载力方向一致的变形，并且时间越久，这种形变量就会越大。从混凝土材料被发现以来，各种试验和研究都没有停过，研究人员们也提出过许多不同的理论。但由于这些理论不够完善，或者对某些情况无法解释，导致到现在还没有一种能被普遍接受。

2.2混凝土徐变的机理

砼的徐变原理大致可分为以下几种：其一是在持续荷载下，吸附水的润滑导致水泥凝胶滑动或者剪切，从而引起其发生形变；其二也是水泥凝胶的作用，它会对骨架的弹性形变产生影响，导致骨架的弹性形变滞后；其三是吸附水的渗流或者在不同层次的水分的转移引起的收缩；其四是水化作用使混凝土内部局部破裂，这部分之间再通过某种方式构成新的联结，这种形变往往是不可逆的。