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非预应力混凝土连续梁的长期性能研究
贝尔格莱德大学土木工程学院，塞尔维亚
摘要：尽管在过去的二十年中对由预制单元组成的连续混凝土梁的长期行为进行了广泛的分析和数值研究，但文献中目前只有有限数量的实验数据。本文介绍了在贝尔格莱德大学进行的连续混凝土梁的时间依赖性行为的实验研究。两根横梁由预制钢筋构件制成，现浇上部，中部支撑处连续连接。两个相同的跨度和负载连续梁施工就位也进行了测试。所有梁承受相同的持续载荷超过4年，测量挠度，应变和反应。描述实验计划并给出结果。该实验也进行了分析模拟。这种类型的结构的分析应该包括混凝土的蠕变，收缩和开裂的影响。为了计算约束力矩，提出了涉及AAEM方法和双线性方法的简化程序。使用测得的混凝土性能获得的计算值接近实验值。本文提供的实验结果为更复杂的理论程序的校准提供了数据。
关键词：复合混凝土梁，施工方法，克制时刻，长期，实验研究，爬行，收缩，AAEM方法
1.介绍
自20世纪50年代后期以来，混凝土桥梁通常采用预制预应力梁与现浇平板楼板搭建。相邻跨距之间的间隙由经常表现出功能困难的伸缩接头提供。为了避免关节，开发了用于建立连续作用的各种技术。起初，连续性是使用后张法建立的，因为预制梁通常是预应力的[1]。过去已经开发了各种解决方案，以在建筑技术和建筑方面取得进展之后提供部分或全部连续性设备。除了端部隔板，桥面板甚至整个桥梁的延伸之后，通常使用桥面板钢筋来提供连续性以抵抗负的活载荷力矩。杆，螺栓或销钉也可嵌入相邻跨度的预制梁中并连接以抵抗正向力[2]。这种类型的桥梁被称为“连续活载”桥梁，对于小到中等跨度是有效的。
分段施工过程通常包括横截面和/或支撑限制的变化。由于蠕变，收缩和额外的限制，内部力的再分配会随着时间的推移而发生。连续性节点处约束力矩的计算对于活载桥的连续设计是必不可少的。在过去的50年中，已经进行了大量的研究，以改善对时间相关约束时刻的预测，特别是在北美：[3-10]。 PCA方法适用于手工计算，于1969年提出[4]。它基于20世纪60年代初的实验研究[3]。这项研究发表40年后，Hastak等人[11]报道PCA方法在北美大约70％的设计中使用。在20世纪80年代后期的CTL方法[5]被引入。之后是计算机程序BRIDGERM，随后由RMCalc [9]使用相同的算法。在NHCRP 519 [10]中，已经在计算机程序RESTRAINT中实施了新的分析程序。参数研究的结果总结在几项建议中[10]。在文献中已经提出了许多用于混凝土结构的时间相关分析的方法.AAA方法经常用作简化方法。由Dilger [12]，Ghali等人研究了使用AAEM方法的施工过程模拟。[13]，Gilbert和Ranzi [14]。一些作者[15-18]主张使用再分配函数修改AAEM方法，以解决因施工过程造成的静态方案的多重变化。计算工具的进步使钢筋混凝土结构的非线性和时间相关分析成为可能。一般来说，所有这些方法都是基于选择具体的蠕变规律和逐步的时间积分。这些方法使用递增迭代程序来预测整个弹性，破裂和极限荷载水平下的结构响应。许多作者报道了这些方法[19-26]。论文的扩展列表由Mari等人提供[27]。
一般来说，关于长期行为的实验研究报告远比分析研究少。大多数钢筋混凝土梁在持续荷载作用下的长期试验都是在简支梁上进行[28]。与阶段性投射或结构体系变化相关的实验很少见。其中一些涉及简单跨度复合材料（预浇注就地）梁[12]，[29,30]。由Mattock报道了组装预制构件所产生的连续梁的长期性能试验（梁观察了大约2年的时间）[3]，Favre et al。（300天）[31]，Peterman和Ramirez（50天）[6]，Mari和Valdeacute;s（500天）[32]，Miller等人。 （120天）[10]，Halvonik et al。（330天）[33]。吉尔伯特和布拉德福德报道了两种跨度连续钢 - 混凝土组合梁的长期（340天）行为的实验研究[34]。 在所有这些实验中已经报道了由于混凝土蠕变和收缩引起的弯曲时间的重新分布。
大多数可用的实验涉及到的变化结构系统在预制预应力梁上在永久载荷下仍然未破裂。每当使用桥面板加强件进行连续性时，连续区域都会发生开裂。 对于小跨度桥梁，如果没有兴趣为了避免跨度裂缝，可以使用非预应力预制梁。在这种情况下，预制件在自重作用下开裂并且可能发生现浇板或施工荷载的重量。该承包商经常使用预制混凝土梁来抵抗这些以加快施工或完成特定工作要求在执行过程中进行。实验研究，介绍如下论文被贝尔格莱德土木工程学院聘为[35]，以便就裂纹预制梁的长期性能建立设计建议。
实验方案的主要目标是获得实验室控制的数据，以评估治疗该疾病的分析方法非预应力组合梁由于相位改变结构系统施工。分析方法涉及基于AAEM方法的长期分析的复合断面和CEB [36]模型的裂纹区域的平均曲率。基于双线性方法[36]的扩展应用，还提出了一种简化的约束力矩预测方法。通过长期曲率和简化的数值积分获得的结果方法显示符合实验数据。
2.实验计划
测试了四个连续梁的总数，以评估蠕变和收缩对结构行为的影响。 对预制构件和两个控制单片连续梁制成的两根连续梁进行了4年以上的监测。在铸造梁和连续接头的顶部之前，预制加固元件已永久地加载在裂缝水平之上。连续的整体梁在相同的永久载荷下保持不裂。
2.1试验梁、施工工艺及仪器
两个光束A1和A2（组A）分阶段构建。两个梁B1和B2（B组）是预制单片梁。用于测量蠕变和收缩的测试光束和伴随棱镜保持在受控温度和湿度条件下（T = 20℃和相对湿度[RH] = 70％）。 实验于2007年11月开始。
在这个实验中使用的梁在一个（B组）或两个步骤（A组）中投了矩形截面。没有打算使用真实结构横截面的形状，因为在长期测试中缩放已经显着影响模型行为。比例模型具有更大的表面积与体积比，并且与全尺寸元件相比，蠕变和收缩应变均增加。另外，混凝土的收缩率比蠕变更大，比例收缩的影响（现浇混凝土收缩和预制混凝土的剩余收缩）预计会在比例模型中进一步扩大。另一方面，混凝土在实际结构中的长期性能也会根据混凝土混合物，环境和施工进度而显着变化。在受控的环境和负载条件下的比例模型便于测试分析程序。试验梁和试样横截面的相似尺寸为试验中的长期混凝土性能提供了可靠的数值。
在第二步，连续梁（A组）与梁的上部一起浇铸。混凝土CI被用于B组和A组的预制部分（第一阶段，图1）。混凝土CII用于第二阶段（顶部A和连续接头）。混凝土湿养护3天。
两对预制梁（A组）设置在跨度为3米的柱上，其相邻的端面在中间支撑处相距10厘米。单个预制梁的总长度为3.12米（第一阶段）。梁的A1和A2的总长度，浇注后的关节和上部梁，是6.34米（II期），因为它是梁B1和B2。图2示出了梁的高度和用于长期观测的载荷布置，以及横梁A1和A2的横截面。
预制梁的重量是混凝土桥梁结构永久荷载的很大一部分。预制模型梁的自重相对较小，以产生对应于真实结构的应力水平。为了产生与实际结构相似的应力水平，在每个跨度的两个点处施加附加的永久载荷（图2.2在每个间隔1 m的点处），图2。设计总的永久荷载，使梁A1和A2的预制部分出现弯矩引起的裂缝。模拟预制梁承载的预制梁自重和现浇部分的自重。所施加的点载荷与自重一起产生2.706 的弯矩。该值大约为1.5（预制梁-相I的开裂力矩）。
图1，A束（第一阶段）
图2，梁的高程和荷载布置为长期观测
图3，用B型梁测力仪测量支座反力
A组模型的加强是使用通用设计实践设计的。第一阶段（12times;15厘米）的梁部分作为简单梁承担预制梁的自重和部分上部的重量（连同额外的2.2kN荷载），而活荷载由连续结构承担。假设跨度活载力矩（阶段II）等于阶段I的静载力矩。提供的连续钢筋的数量与跨度钢筋（1.57 cmsup2;，两个普通钢筋10 mm）的数量相同。它大致对应于承载活载荷的连续梁的负强化，类似于施加的恒载。所有的梁都有6英寸的连接（图2），间距为15厘米。除了A组中间支撑处底部钢筋缺乏连续性以外，所有梁的钢筋都是相同的。
表1列出了施工过程的主要步骤。
机械仪器用于测量长期应变，挠度和支撑反应。 测量装置的布置如图4所示。
用于测量支撑力的机械测功器（US）在端部支撑件（图3）中提供。测功机作为刚性支撑（单位变形力）。
在梁的相对侧（Dc1-3）的三个水平（纤维）的中跨部分测量混凝土应变。 在中跨处测量底部钢筋应变（Dsb）。 顶部钢筋应变（Dst）在中间支撑（A组梁的连续性加强）下测量。 铸造后3天（湿固化结束）在250mm距离处将目标胶粘到混凝土上，并使用Demec测量仪测量应变。 钢筋应变测量使用的目标设置在通过留在混凝土保护层上的孔与钢筋焊接在一起的插头上。
用位移式机械测量仪（精度0.01mm，图4中的Um）测量每根梁的中跨长期挠度。
2.2物资
实验中使用了两批混凝土。混凝土CI用于浇注预制组A梁和B组梁; 用混凝土CII铸造连续接头和A组梁顶部。表2列出了混凝土配比。
进行瞬时和长期材料试验，以测量每批混凝土的性能。同伴标本与试验梁同时铸造，标本在受控的环境条件下，连同试验梁一起储存。
瞬时测试提供了混凝土强度和弹性模量数据。测量混凝土的抗压强度和弹性模量为150times;300毫米的圆筒。弯曲拉伸强度在120times;120times;360毫米棱镜。结果列于表3。
表1：施工过程
图4，测量装置的布置
图5，杠杆臂系统用于试样的持续加载
在120times;120times;1080 mm棱镜上进行长期测试，为CI和CII提供蠕变和收缩数据，使用两套收缩棱镜（CI和CII一套）和三组蠕变棱镜（一个CII和两个CI在加载时间表之后）。
收缩组由三个标本组成。测量取在每个棱镜的两个相对的侧上。收缩读数在3天龄（固化结束）开始。蠕变组有两个样本，并在棱镜的所有四个侧面上进行测量。所有测量均采用Demec量规，机械靶材之间的量规长度为250 mm。
在静载杠杆臂系统中测量蠕变。在混凝土上施加持续压缩（图5）。混凝土词棱镜加载在28和42天的年龄。外加应力为6.95兆帕。混凝土CII棱镜加载在7天的年龄应力为2.78 MPa。蠕变应变由亚实测收缩应变与实测瞬时值应变从蠕变棱镜的总测量应变。蠕变系数计算蠕变应变与瞬时应变之比。应变。结果见表4（混凝土CI）和表5（CON--
克里特岛CII）。
收缩值平均为六。蠕变系数通过平均为8的蠕变和瞬时应变来计算。
2.3检测结果
在梁放置在支撑处后立即进行长期测量，在28日龄时开始测量。 一天后，梁在每跨度两点加载额外的永久荷载（图1）。 A梁在加载后出现裂纹，而B梁没有裂纹。
在加载2周后（连续性建立之前），两套梁的偏差都有明显的增加。对于A梁，由于梁顶部的自重而在第42天出现瞬时挠度增加（预制在铸造时梁不被支撑）。连续性显着减缓了A梁的挠度增加。连续性建立后约3个月，偏转的增加可以忽略不计。
表2混凝土混合物性质：
表3瞬时测试结果（平均值）:
表4混凝土CI的收缩和收缩性能：
表5混凝土CII的蠕变和收缩性能：
根据机械测力计的偏转（Us）来测量支撑反应。约束时刻通过测量的支持反应（#39;测量的约束时刻#39;）计算。安装梁后开始测量中跨度偏差（Um）。零读数是在已经激活自重的情况下进行的。在表6中列出了中跨（Um）和端支（Us）挠曲的测量值。提供的数据是四次读数的平均值。也显示了样本方差系数（CoV）。
一旦连续性建立，A梁的最终支撑反应会随着时间的推移而不断变化。观察到的末端支撑反应的变化表明阻止A梁进一步偏转的负约束（连续性）时刻的发展。B梁的支撑反应也随时间而改变。这主要是由于端部支撑的沉降（机械测力计的变形）引起的，因为B梁未破裂并且对称地增强。实验后的分析研究包括载体的可变形性。
A梁的应变（Dc1-3，Dsb，Dst，图4）的测量值列于表7中。B梁的应变列于表8中。应变对伸长是正的。混凝土应变和底部加固应变是八次读数的平均值。最高强化应变是四个读数的平均值。还显示了样品方差的系数（CoV）。
测量A组梁的端部支撑反应（Us，表6）显示了连续性建立后弯矩的变化。中跨时间的长期变化约为初始值的17％，84天后最大值为26％。底部加固应变（Dsb，表7）在施加点荷载后（29天至42天）略有增加，这是由于混凝土在拉伸状态下长时间开裂造成的。在混凝土CII硬化之后拍摄的读数（步骤5，表1）显示底部钢筋应变/应力降低。预计预制梁（混凝土CI）的蠕变和收缩会在上部混凝土（CII）中引入应力并扩大内部杠杆臂。中跨时间的长期下降也导致了减少的底部加固应力。相反，拉伸刚度的收缩和收缩的不同会导致底部加固应力的增加，但测得的加固应变总体上减小。与从测量的弹性应变（），蠕变系数和收缩应变（表4）计算的结果相比，预制梁的压缩混凝土（Dc1，表7）的读数显示出应变的时间增量较小。虽然中段时间也在减少，但数值表明预制梁和上部混凝土的复合作用。在上部混凝土上测得的应变（Dc2和Dc3，表7）低于CII的相应收缩应变（表5），显示了上部钢筋的约束效应和复合作用。关于复合截面，可以从表7中的值计算的应变增量遵循伯努利的假设相当好。尽管由于混凝土CII收缩的主要作用，连续性节点顶部钢筋受到轻微压缩（应变Dst，表7）。
B组光束仍未破裂。 由于混凝土的蠕变和收缩，在压缩混凝土上测得的应变（Dc1，Dc2和Dc3，表8）在持续载荷下呈现连续变化。 由于缺乏裂缝，Dsb也代表了混凝土中的应变。 它由弯矩引起的初始张力变为由混凝土CI收缩引起
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