本發明涉及橋梁工程
技術領域：
，特別涉及一種鐵路橋梁高強混凝土收縮預測方法。
背景技術：
：近年來，我國鐵路建設得到迅猛發展，在鐵路建設過程中，新建了許多鐵路連續剛構橋。經研究發現，連續剛構橋在其成橋若干年后，橋梁跨中下撓仍不斷增加，超過了設計時的預期值，嚴重影響了行車的舒適性，對橋梁結構產生了不利的影響，包括降低了橋梁結構的耐久性，甚至導致橋梁結構破壞，導致連續剛構橋持續下撓的一個重要原因是收縮應變造成的。要想解決這一問題，就需要對收縮徐變進行較為深刻的理解和認識，通過建立混凝土收縮模型來對橋梁收縮量進行計算，從而實現對混凝土收縮進行預測。然而目前國際及國內已有的混凝土收縮模型，均是基于普通混凝土的試驗資料經過統計回歸得到的，隨著鐵路建設標準的提高，在工程建設中大量采用高強度混凝土，相對于普通混凝土，高強度混凝土的水灰比更低、強度更好、密實度更好，高強度混凝土不僅具有較低的收縮量，而且其加載初期的徐變發展速度較快。采用已有的混凝土收縮模型進行收縮徐變計算，存在很大偏差，已經不再適用。技術實現要素：本發明的目的在于：在鐵路橋梁建設過程中，由于橋梁結構大量采用了高強度混凝土，導致現有的混凝土收縮模型對這種橋梁結構的收縮無法進行預測的問題，提供一種鐵路橋梁高強混凝土收縮預測方法，解決了現有的普通混凝土收縮模型無法適用于高強度混凝土收縮過程中的問題，該收縮預測方法解決了采用現有收縮模型對鐵路橋梁高強度混凝土進行預測存在較大偏差的問題，可以更準確地預測鐵路橋梁高強混凝土收縮值，從而為防止橋梁跨中下撓不斷增加提供了預測方案，避免橋梁結構遭受破壞，提高橋梁使用耐久性。為了實現上述發明目的，本發明提供了以下技術方案：一種鐵路橋梁高強混凝土收縮預測方法，包括以下步驟：步驟1，通過模型試驗測量混凝土收縮值并計算混凝土強度對收縮終極值的影響系數步驟2，通過模型試驗測量混凝土徐變系數并計算收縮應變的終極值εsh,∞；步驟3，通過模型試驗測量反映混凝土強度對收縮發展函數的影響系數Hsh；根據步驟1-3得出高強混凝土的收縮模型，通過高強混凝土的收縮模型對鐵路橋梁高強混凝土收縮應變值進行預測，所述高強混凝土的收縮模型為：ϵsh(t,t0)=γhcsh·ϵsh,∞·t-t0Hsh+t-t0]]>式中，εsh為收縮應變值，t0為混凝土加載時的齡期，t為計算考慮時刻混凝土的齡期。目前，國際及國內已有的混凝土收縮模型比較多，包括中國建科院模型(1986)、CEB-FIP系列模型、ACI209R系列預測模型、BP系列模型及GL2000系列模型，然而所有的這些收縮模型均為基于普通混凝土的試驗資料經過統計回歸得到的，隨著在工程建設中采用大量高強度混凝土，現有的混凝土收縮模型在計算收縮應變值時，存在很大偏差，已經不再適用。采取上述方式，綜合已由各種模型基礎上，提出一種適用于高強度混凝土收縮應變的預測模型，通過計算收縮應變的終極值及相關參數，揭示了高強混凝土收縮應變發展規律，得到高強混凝土收縮模型，解決了現有的普通混凝土收縮模型無法適用于高強度混凝土收縮過程中的問題，更加準確地預測鐵路橋梁高強混凝土的收縮值，從而為防止橋梁跨中下撓不斷增加提供了有效的方案，提高橋梁結構的使用耐久性，在橋梁設計初期及時預測到橋梁收縮應變，避免橋梁結構在使用過程中及早地遭受破壞，步驟1-3沒有步驟的先后要求，可以采用任意順序計算收縮模型中的參數值。優選的，步驟1中的反映混凝土強度對收縮終極值的影響系數為：γhcsh=1.2-0.008·fcm]]>式中，fcm為混凝土28天齡期平均立方體抗壓強度。普通混凝土收縮模型不再適用于高強混凝土收縮模型的重要原因即是混凝土強度存在較大差異，高強混凝土的水灰比更低、強度更好、密實度更好，而且，高強度混凝土還具有較低的收縮量。所以在建立高強度混凝土收縮模型時，必須引入反應混凝土強度對收縮終極值的影響系數從而為得到高強度混凝土收縮模型提供幫助。優選的，步驟2中的收縮應變的終極值εsh,∞為：εsh,∞＝780×10-6·γRHγVSγsγψγcγα式中，εsh為收縮應變值，γRH為環境相對濕度的影響系數，γVS為構件體表比的影響系數，γs為坍落度的影響系數，γc為水泥含量的影響系數，γα為空氣含量的影響系數。收縮應變的終極值εsh,∞與混凝土的內部因素和外部因素都有較大關系，混凝土的內部因素中，空氣含量、水泥含量和水泥坍落度都直接影響著混凝土收縮應變的終極值εsh,∞，外部因素對混凝土收縮應變的影響也較大，包括加載齡期、計算齡期、載荷持續時間及環境溫度等，而對終極值影響最大的外部因素主要為環境的相對濕度、混凝土橫截面形狀和構件截面尺寸，而混凝土橫截面形狀和構件截面尺寸直接影響著構件的體表比。所以，在計算收縮應變的終極值εsh,∞時，主要考慮環境相對濕度的影響系數γRH、構件體表比的影響系數γVS、坍落度的影響系數γs、水泥含量的影響系數γc和空氣含量的影響系數γα。優選的，根據空氣的相對濕度得出環境相對濕度的影響系數γRH：式中，RH為環境相對濕度。優選的，根據構件體積和表面積計算出構件體表比的影響系數γVS：γVS＝1.2e-0.00472V/S，式中，V為構件體積，S為構件表面積。優選的，根據混凝土的坍落度計算出坍落度的影響系數γs：γs＝0.89+0.00161·s，式中，s為混凝土的坍落度。優選的，根據細集料的百分比含量計算出細集料的影響系數γψ：式中，ψ為砂率。優選的，根據水泥含量計算出水泥含量的影響系數γc：γc＝0.75+0.00061c，式中，c為水泥含量。優選的，根據空氣含量計算出空氣含量的影響系數γα：γα＝0.95+0.008α，式中，α為空氣含量。優選的，步驟3中的反映混凝土強度對收縮發展函數的影響系數Hsh為：Hsh＝40-0.30·fcm，式中，fcm為混凝土28天齡期平均立方體抗壓強度。混凝土強度直接影響著混凝土收縮發展函數，影響混凝土收縮徐變的因素十分復雜，內部因素包括水泥品種、水灰比、礦物摻合料、骨料、外加劑和試件尺寸等，外部因素包括加載齡期、持荷應力、持荷時間、溫度、濕度等，這些因素互相聯系，互相制約，需要在對大量試驗數據的研究基礎上擬合得到其規律。其中，水泥品種、水灰比、礦物摻合料、骨料可以作為混凝土材料的基本特性考慮，統一用混凝土28天齡期的立方體抗壓強度這一指標綜合反映混凝土強度對收縮發展函數的影響，從而得到混凝土強度對收縮發展函數的影響系數Hsh。與現有技術相比，本發明的有益效果：1、通過計算反映混凝土強度對收縮終極值的影響系數收縮應變終極值εsh,∞和反映混凝土強度對收縮發展函數的影響系數Hsh，得到高強混凝土收縮模型，從而使用收縮模型對鐵路橋梁高強混凝土收縮應變量進行預測，解決了現有的普通混凝土收縮模型無法適用于高強度混凝土收縮過程中的問題，更加準確地預測鐵路橋梁高強混凝土的收縮值，為防止橋梁跨中下撓不斷增加提供了有效的方案，提高橋梁結構的使用耐久性，在橋梁設計初期及時預測到橋梁收縮應變，避免橋梁結構在使用過程中及早地遭受破壞；2、通過分析影響混凝土收縮應變的外部因素和內部因素，得到反映混凝土強度對收縮發展函數的影響系數Hsh和混凝土收縮應變的終極值εsh,∞，進而得到高強混凝土收縮模型，為預測高強混凝土鐵路橋梁的收縮應變提供了幫助和參考；3、通過對國內多座鐵路橋梁收縮應變的現場實測，同時根據本發明的收縮模型計算出該橋梁的收縮應變，結果十分吻合，該公式可以更準確的預測鐵路橋梁高強混凝土收縮值；4、根據鐵路橋梁高強混凝土收縮模型建成的國內某一鐵路橋梁，該橋于2007年開通運營，其后對該橋進行了長期的跟蹤觀測，未發現該橋跨中有下撓發生，列車運行安全、平穩。具體實施方式下面結合試驗例及具體實施方式對本發明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本
發明內容所實現的技術均屬于本發明的范圍。實施例本實施例應用于鐵路橋梁高強混凝土收縮應變值的預測。鐵路橋梁高強混凝土收縮預測方法，包括以下步驟：步驟1，通過模型試驗測量混凝土收縮值并計算混凝土強度對收縮終極值的影響系數步驟2，通過模型試驗測量混凝土徐變系數并計算收縮應變的終極值εsh,∞；步驟3，通過模型試驗測量反映混凝土強度對收縮發展函數的影響系數Hsh；根據步驟1-3得出高強混凝土的收縮模型，通過高強混凝土的收縮模型對鐵路橋梁高強混凝土收縮應變量進行預測，所述高強混凝土的收縮模型為：ϵsh(t,t0)=γhcsh·ϵsh,∞·t-t0Hsh+t-t0]]>式中，εsh為收縮應變值，t0為混凝土加載時的齡期，t為計算考慮時刻混凝土的齡期。根據現有的鐵路橋梁使用較多的高強混凝土配合比來配置混凝土，并根據國家標準制作試件，并根據選用的骨料粒徑選定試件尺寸，制作好試件后進行養護，然后移入試驗室進行試驗。在本實施例中，試件采用C55高性能配合比，其配合比具體數值見表1所示，其中水泥采用為標號為52.5普通硅酸鹽水泥，粉煤灰采用Ⅰ級粉煤灰，砂子采用河砂，石子的粒徑級配為5～20mm的連續級配，外加劑僅僅采用了減水劑。表1成分水泥水砂子石子粉煤灰添加劑配合比3851587071057985.4根據《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》(GBJ82-85)中規定，混凝土的收縮試驗采用棱柱體試件，根據選用的骨料粒徑的大小選定試件截面尺寸為100mm×100mm，同時，相關規定要求試件的長度至少應比擬采用的測量標距長出一個截面邊長，擬采用的標距定位200mm，故試件的具體尺寸定為100mm×100mm×400mm，由于在測定混凝土收縮的同時，需要測定抗壓強度的性能指標，所以制作試件時應同時制作響應的棱柱體抗壓及立方體抗壓試件。試驗過程中制作的試件分別為：三個收縮試件：100mm×100mm×400mm；三個棱柱體強度試件：100mm×100mm×300mm；三個立方體強度試件：150mm×150mm×150mm。試件制作好后，在拆模后立即送入至標準養護室分別養護到7天、14天、28天、90天齡期(自混凝土攪拌加水開始起算)，然后移入至恒濕試驗室進行試驗。混凝土立方體抗壓強度的測定：將試件安放在試驗機的下壓板上，試件的承壓面應與成型時的頂面垂直。試件的中心應與試驗機下壓板中心對準，開動試驗機，當上壓板與試件接近時，調整球座，使接觸均衡。混凝土試件的抗壓試驗應連續而均勻的加荷，加荷速度為0.5～0.8Mpa/s，當試件接近破壞而開始迅速變形時，停止調整試驗機油門，直至試件破壞，然后記錄破壞荷載。混凝土棱柱體抗壓強度的試驗方法及測定結果的處理原則與立方體抗壓強度測試方法類似，在此不再贅述。混凝土收縮值試驗：試驗儀器采用立式千分表和彈簧式徐變儀，將千分表安裝至三個試件上，加載前要將千分表組裝好，將布置于試件上下兩側的壓板及加載頂板調整為水平，以免加載時造成偏壓。試驗時根據試件的抗壓強度選取合適的應力，用千斤頂先加壓至應力的20％進行對中，此時，試件的變形相差應小于平均值的10％，對中完畢后，應立即繼續加荷直到徐變應力，讀出兩邊的變形值，兩邊變形的平均值即為在徐變應力下的初始變形值，加載完成后按下列試驗周期(由試件加荷時起算)測點混凝土試件的變形值：1、3、7、14、28、45、60、90、120、150、180、360天。根據試驗測得的變形數據計算出材料的收縮值，計算方法如下：式中ΔL為測得的收縮量(mm)，Lb為測量標距(mm)，t為計算考慮時刻混凝土的齡期。由上述計算方法可得試驗混凝土的收縮值，根據測得的收縮值可以得到，不同試件強度下的收縮應變的終極值是不一樣的，對收縮應變的終極值和收縮發展規律進行修正，基于上述試驗結果，運用Origin軟件對各收縮應變值與時間變化關系進行擬合，得到不同強度條件下的Hsh，再結合收縮應變的終極值εsh,∞，得出高強混凝土的收縮模型，通過高強混凝土的收縮模型對鐵路橋梁高強混凝土收縮應變量進行預測。在運用Origin軟件對各收縮應變值與時間變化關系進行擬合時，該軟件領域的技術人員均可以實施，為公知常識，在此不再贅述。收縮應變終極值各影響系數的參數選擇，在實驗條件下給定的參數按照實際取值，如構件的理論厚度或體表比、水泥含量等，而對于不確定的參數則根據現有模型的標準狀態取值。目前，國際及國內已有的混凝土收縮模型比較多，包括中國建科院模型(1986)、CEB-FIP系列模型、ACI209R系列預測模型、BP系列模型及GL2000系列模型，然而所有的這些收縮模型均為基于普通混凝土的試驗資料經過統計回歸得到的，隨著在工程建設中采用大量高強度混凝土，現有的混凝土收縮模型在計算收縮應變值時，存在很大偏差，已經不再適用。采取上述方式，綜合已由各種模型基礎上，提出一種適用于高強度混凝土收縮應變的預測模型，通過計算收縮應變的終極值及相關參數，揭示了高強混凝土收縮應變發展規律，得到高強混凝土收縮模型，解決了現有的普通混凝土收縮模型無法適用于高強度混凝土收縮過程中的問題，更加準確地預測鐵路橋梁高強混凝土的收縮值，從而為防止橋梁跨中下撓不斷增加提供了有效的方案，提高橋梁結構的使用耐久性，在橋梁設計初期及時預測到橋梁收縮應變，避免橋梁結構在使用過程中及早地遭受破壞，步驟1-3沒有步驟的先后要求，可以采用任意順序計算收縮模型中的參數值。通過對鐵路橋梁高強混凝土收縮應變結果進行現場實測，采用本次提出的方法預測結果與現場實測結果吻合，該公式可以更準確的預測鐵路橋梁高強混凝土收縮應變值。因不同的試驗條件，混凝土材料的基本特性如水泥品種、水灰比、礦物摻合料、骨料等有差異，對混凝土收縮應變的影響產生差別，本發明考慮用混凝土28天齡期的立方體抗壓強度這一指標綜合反映。步驟1中的反映混凝土強度對收縮終極值的影響系數為：γhcsh=1.2-0.008·fcm]]>式中，fcm為混凝土28天齡期平均立方體抗壓強度。普通混凝土收縮模型不再適用于高強混凝土收縮模型的重要原因即是混凝土強度存在較大差異，高強混凝土的水灰比更低、強度更好、密實度更好，而且，高強度混凝土還具有較低的收縮量。所以在建立高強度混凝土收縮模型時，必須引入反應混凝土強度對收縮終極值的影響系數從而為得到高強度混凝土收縮模型提供幫助。步驟2中的收縮應變的終極值εsh,∞為：εsh,∞＝780×10-6·γRHγVSγsγψγcγα式中，εsh為收縮應變值，γRH為環境相對濕度的影響系數，γVS為構件體表比的影響系數，γs為坍落度的影響系數，γc為水泥含量的影響系數，γα為空氣含量的影響系數。收縮應變的終極值εsh,∞與混凝土的內部因素和外部因素都有較大關系，混凝土的內部因素中，空氣含量、水泥含量和水泥坍落度都直接影響著混凝土收縮應變的終極值εsh,∞，外部因素對混凝土收縮應變的影響也較大，包括加載齡期、計算齡期、載荷持續時間及環境溫度等，而對終極值影響最大的外部因素主要為環境的相對濕度、混凝土橫截面形狀和構件截面尺寸，而混凝土橫截面形狀和構件截面尺寸直接影響著構件的體表比。所以，在計算收縮應變的終極值εsh,∞時，主要考慮環境相對濕度的影響系數γRH、構件體表比的影響系數γVS、坍落度的影響系數γs、水泥含量的影響系數γc和空氣含量的影響系數γα。根據空氣的相對濕度得出環境相對濕度的影響系數γRH：式中，RH為環境相對濕度。根據構件體積和表面積計算出構件體表比的影響系數γVS：γVS＝1.2e-0.00472V/S，式中，V為構件體積，S為構件表面積。根據混凝土的坍落度計算出坍落度的影響系數γs：γs＝0.89+0.00161·s，式中，s為混凝土的坍落度。根據細集料的百分比含量計算出細集料的影響系數γψ：式中，ψ為砂率。根據水泥含量計算出水泥含量的影響系數γc：γc＝0.75+0.00061c，式中，c為水泥含量。根據空氣含量計算出空氣含量的影響系數γα：γα＝0.95+0.008α，式中，α為空氣含量。步驟3中的反映混凝土強度對收縮發展函數的影響系數Hsh為：Hsh＝40-0.30·fcm，式中，fcm為混凝土28天齡期平均立方體抗壓強度。混凝土強度直接影響著混凝土收縮發展函數，影響混凝土收縮徐變的因素十分復雜，內部因素包括水泥品種、水灰比、礦物摻合料、骨料、外加劑和試件尺寸等，外部因素包括加載齡期、持荷應力、持荷時間、溫度、濕度等，這些因素互相聯系，互相制約，需要在對大量試驗數據的研究基礎上擬合得到其規律。其中，水泥品種、水灰比、礦物摻合料、骨料可以作為混凝土材料的基本特性考慮，統一用混凝土28天齡期的立方體抗壓強度這一指標綜合反映混凝土強度對收縮發展函數的影響，從而得到混凝土強度對收縮發展函數的影響系數Hsh。箱梁橋混凝土應變的計算結果與實測值的比較：經過對鐵路橋梁結構的分析以及對收縮應變計算的原理說明，分別采用CEB-FIP(MC78)模型、GL2000模型、ACI209模型、本發明的模型對國內某一鐵路橋梁高強混凝土收縮應變進行計算，同時對該橋相對應的位置進行實測，然后根據實測結果與各模型計算結果進行分析比較。在進行計算和實測使，分別在橋梁邊跨和中跨選取截面S1、S2進行比較。計算結果和實測結果如下：S2中跨截面腹板應變值的計算值和實測值如表2所示。表2表3S1邊跨截面上緣應變和下緣應變的計算值和實測值分別如表3、表4所示。表4根據表2-4所示，本文所提出的關于高強混凝土的ACI209修正模型預測值與實測值符合的較好，其值也低于其他兩個模式的預測值，這說明在模型中加入考慮強度修正的系數后，降低了高強混凝土的預測應變值，符合高強混凝土強度高、水灰比低使得其早齡期的應變發展速率快而整體的應變值較小這一特點。同時對多座已投入使用的鐵路高強混凝土橋梁進行實測和相關計算，均得到相同的結果：實測值與各預測模型及本發明的預測模型計算的結果進行比較，本收縮預測方法的預測模型與實測值最為接近。將本文提出的鐵路橋梁收縮預測方法應用于主跨192m的襄渝鐵路牛角坪特大橋，大橋于2007年開通運營，其后對該橋進行了長期的跟蹤觀測，未發現該橋跨中有下撓發生，列車運行安全、平穩。通過本收縮預測方法，有效避免了橋梁結構遭受破壞，提高橋梁使用耐久性。將長期觀測數據于本文提出預測模型及各規范預測模型計算結果進行了對比，發現本文提出的預測模型與實測值最為接近，進一步驗證了本文提出方法應用于鐵路橋梁是可信的。當前第1頁1 2 3