0 引言

由于混凝土中所含水分的变化、化学反应及温度降低等因素引起的体积缩小，均称为混凝土的收缩[1]。混凝土徐变是在持续荷载作用下，混凝土结构的变形将随时间不断增加的现象[2]。由此可见，混凝土徐变是在应力作用下产生的，而混凝土收缩则与应力无关。混凝土收缩和徐变往往是同时发生的，对于大跨结构会产生较大的变形。由于影响混凝土收缩、徐变的因素较多，目前还没有形成统一的理论和计算公式 [3]。为了解现行规范对大跨度预应力混凝土连续刚构桥收缩、徐变计算的适用性，本文以在建的鲍家洲汉江特大桥主桥为工程背景，利用Midas/Civil软件，对TB 10002.3-2005《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（简称中铁05）、JTGD62-2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（简称中交04）、CEB-FIP Model Code 1990 模式和 ACI 209（92）模式等4种不同的收缩、徐变预测模型进行分析计算，重点讨论鲍家洲汉江特大桥施工控制阶段的挠度和应力，并将部分结果通过与实测值对比，分析4种规范对连续刚构桥收缩、徐变效应计算的适用性。

无锡市“长江河道采砂管理合作机制”的参与单位分别为江阴海事局、无锡市地方海事局、无锡市水警支队、江阴市水上派出所、长航公安张家港派出所等。按照两部委关于“长江涉砂船只整治的要求”，无锡市有关部门协作联动，依法摸清了长江江阴段采砂船只情况。目前，长江江阴段共有5艘采砂船和41艘过驳吊机船登记入册，其中5艘采砂船为江阴籍采砂船主所有，已全部在指定的芦埠港闸口内集中停泊，接受统一管理。41艘过驳吊机船基本集中停泊在长江申港段水域内，全部证照齐全。

1 工程概况及有限元模型建立

鲍家洲汉江特大桥包含四座主桥，四座主桥除平曲线稍有所不同外，上部结构体系均采用（65.5+2×116+65.5）m四跨预应力混凝土连续刚构。箱梁浇筑分段长度依次为：0#段 2×6m+ 悬浇段 1#～14#块（5×3+9×4）m+现浇段6.2m，边、中跨合龙段长15#块2m。箱梁0#块采用墩顶旁设置托架现浇，1#～14#块采用挂篮悬浇逐段施工，现浇段6.2m采用支架现浇。本文主要以79#～83#墩南主桥为研究对象，主桥连续刚构箱梁采用C50混凝土。

图1 鲍家洲汉江特大桥纵断面布置图（单位：m）

2 有限元模型建立

采用Midas/Civil软件对南主桥左幅桥建立计算模型，模型共202个梁单元，其中主梁130个单元，桥墩72个单元，80#、81#、82#墩墩梁固结处采用刚性连接。计算中墩底视为固结，不考虑基础变形，计算模型详见图2。主桥箱梁采用C50混凝土，墩身采用C40混凝土，预应力筋采用钢绞线，结构主要计算参数见表1。环境相对湿度取为70%，混凝土开始收缩龄期取3d，混凝土加载龄期取10d，以单元的实际截面特性计算构件理论厚度，水泥的种类系数取5.0（代表普通硅酸盐水泥）。

为了模拟整个施工过程，模型中考虑了14个悬臂施工周期，2个边跨合龙，2个中跨合龙，2个二期恒载和1个成桥后运营十年等21个施工周期，每个悬臂周期简化模拟为挂篮前移、混凝土浇筑及预应力束张拉三个阶段。边跨合龙和中跨合龙施工周期中考虑体系转换。2个二期恒载主要考虑护栏安装和桥面铺装等荷载。成桥施工周期主要考虑运营十年徐变、收缩。

（1）监测顶板截面。 从图4～图6中可以看出，悬臂梁根部截面底板应力随着施工阶段的进行有不断增大的趋势。在前4个悬臂浇注节段的施工中，顶板应力由于顶缘预应力的张拉而呈轻微受拉状态，但随着施工悬臂块段的增加，悬臂梁根部截面底板应力呈受压状态，并随着施工阶段的进行呈增大趋势，直到中跨合拢，合拢后由于结构由静定结构转变为超静定结构，结构受力状态发生变化，悬臂梁根部截面顶板应力减小。另外，不考虑收缩徐变影响的上缘应力值均比考虑收缩徐变的上缘应力值要大，特别是在边跨合拢后由于结构变为超静定体系，这种趋势更为明显。

图2 鲍家洲汉江特大桥有限元模型

表1 结构计算参数

力学性能指标 C50混凝土混凝土弹性模量/MPa 34500混凝土泊松比 0.2混凝土容重/（kN·m-3）26.5混凝土热膨胀系数/（1·℃-1）0.00001钢绞线弹性模量/MPa 195000钢绞线锚下控制应力/MPa 1395孔道偏差系数 0.0015孔道摩阻系数 0.17松弛系数 0.03锚具变形及回缩量/mm 6

图3 成桥阶段挠度实测曲线

表2 81#墩12#～14#块挠度理论计算值和实测值比较 m m

墩号实测浇筑节段中铁05规范 中交04规范CEB-FIP 1990ACI209北侧 南侧 北侧 南侧 北侧 南侧 北侧 南侧 北侧 南侧81#左幅81#右幅12 -29.2 -29.2 -27.6 -27.6 -27.2 -27.2 -26.8 -26.8 -28.0 -30.013 -33.4 -33.4 -31.7 -31.7 -31.0 -31.0 -31.2 -31.2 -30.0 -31.014 -39.6 -39.6 -37.6 -37.6 -36.5 -36.5 -37.3 -37.3 -33.0 -41.012 -29.2 -29.2 -27.6 -27.6 -27.2 -27.2 -26.8 -26.8 -32.0 -29.01314-33.4-39.6-33.4-39.6-31.7-37.6-31.7-37.6-31.0-36.5-31.0-36.5-31.2-37.3-31.2-37.3-36.0 -31.0-34.0 -33.0

3 收缩徐变效应对比分析

3.1 悬臂施工过程中收缩徐变对挠度的影响

3.1.1 施工阶段

表1中实测挠度值是指养护6d后的梁底标高与浇筑混凝土前立模标高之差，因此该挠度包含了箱梁悬臂的弹性变形与收缩徐变的变形，而温度的影响则通过在同一时段测量给予消除。由表2数据可知：按中铁05规范计算的理论值与另外三种模式差值3mm左右，其他三个规范的计算值基本一致，且与实测值符合较好，差值在5mm以内。

3.专家“拉手”给力。聘请勘探开发、石油工程、企业管理等方面的业务权威专家和上届修志史志老专家作顾问，当高参，出谋划策，审核把关，充分发挥其熟悉情况、精通业务的智囊团作用。加强经常性指导，对关键环节和疑难问题都认真听取专家意见和进行多方求证、认真核实，少走弯路、回头路，减少反复，凝聚方方面面修志力量，确保编纂工作有序推进、平稳运行。

表2列出了81#墩左幅第12、13、14节梁段的现场实测数据与分别按四种收缩徐变模式考虑收缩徐变时的理论计算数据，其中挂篮变形理论值为24mm。现场实测时间为浇注混凝土阶段的挠度（包括挂篮的变形），在浇筑完混凝土并养护6d后测量。

混凝土收缩徐变对结构截面应力的影响主要分为两部分，一部分是由于收缩徐变导致结构产生次内力而使截面应力产生变化；另一部分是由于收缩徐变导致预应力钢束的预应力损失而使截面应力产生变化。由收缩徐变导致的预应力钢束预应力损失在软件计算时一并考虑在钢束预应力部分中。由于监测数据较多，本节主要选取了南主桥左幅桥各施工节段预应力筋张拉后各墩支点处主梁的应力监控成果。在这里需要说明的是，应力监测所用的振弦式应变计所测得的是包括了力学应变和由于温度、收缩徐变等因素引起的非力学应变的总应变，将总应变通过相应的换算公式才能得出应力，而计算值仅仅为理论力学应力，不包括施工过程中的其他偶然施工荷载等，因此实测值与理论值相比均较大。

3.1.2 成桥阶段

表3 81#墩左幅挠度理论计算值和实测值比较 m m

墩号CEB-FIP1990 实测值浇筑节段北侧L/2时间差150中铁05规范13.4中交04规范13.6 ACI20913.712.91381#左幅北侧L/41506.06.56.6墩顶 1504.34.84.94.84南侧L/41506.06.66.76.4106.36南侧L/215013.413.613.712.910

（2）监测底板截面。从图7～图9可以看出，悬臂梁根部截面顶板应力的大小随着施工阶段的进行而呈递增变化。不考虑收缩徐变影响的下缘应力值均比考虑收缩徐变的下缘应力值要小。合拢后由于结构由静定结构转变为超静定结构，故结构受力状态发生了变化，悬臂梁根部截面底板应力增大。

从图4～图9看出，各墩的墩顶和墩底压应力随着节段增加而逐渐增大，实测应力曲线和理论应力曲线虽然存在一定的差异，但曲线的趋势基本一致。在上述施工过程中，主梁的最大压应力出现在边跨合龙预应力张拉之后的80#墩墩顶处（谷城侧），其值为-14.6MPa；最大拉应力出现在2#节段预应力张拉之后的80#墩墩底处（谷城侧），其值为1.27MPa。规范对施工过程中C50混凝土受弯构件的压应力限值定为-22.7MPa，拉应力限值定为3.0MPa，因此施工过程中的主梁应力满足规范要求。

3.2 应力计算结果及实测分析

在水泥混凝土中，粉煤灰的加入可有效改善基层收缩性能和力学性能。同样，对于水泥稳定碎石，一定量的粉煤灰代替水泥对其抗裂性能也有所改善，其取代量一般控制在15%左右。本文使用粉煤灰取自湖南某电厂，属于硅铝粉煤灰，其物理、化学指标如表3、4所示。

图4 80#墩顶板II截面各节段预应力筋张拉后支点处主梁应力

图5 81#墩顶板II截面各节段预应力筋张拉后支点处主梁应力

图6 82#墩顶板II截面各节段预应力筋张拉后支点处主梁应力

为验证该算法的可行性，运用软件仿真。利用简单海洋环境地图，视无人艇为一质点，起始点坐标为(0,0)，终点坐标为(40,40)。

表3为成桥150d后部分梁段端节点挠度值，由于篇幅限制，图中仅列出南主桥81#墩左幅的梁段端节点，图3为按中交04规范规范计算的成桥阶段挠度实测曲线图。由图3可以看出，收缩徐变对结构的挠度影响比较大。理论值采用中交04规范计算，对比实测值和理论计算值可以看出，中交04规范收缩徐变模型所得的理论计算值与挠度实测值较为接近但仍有一定差距。

图7 80#墩底板II截面各节段预应力筋张拉后支点处主梁应力

图8 81#墩底板II截面各节段预应力筋张拉后支点处主梁应力

图9 82#墩底板II截面各节段预应力筋张拉后支点处主梁应力

虽然中交04规范所得的计算结果比较接近实际，但是与实测挠度值还有一定的误差，如图3所示。虽然在分析中已经尽量的接近真实的施工过程，但由于机理复杂、影响因素众多，收缩徐变效应难以在数学表达式中给予准确的反映。结构在施工以及运营过程中的真实受力状态，由于弹变、风力、温度以及收缩徐变效应的混合发生，也很难准确的模拟。模型中材料的力学性能参数选自相应规范而非试验值，再加上收缩徐变理论本身的近似性以及预应力钢束张拉误差、试验仪器误差等，这些因素都会使得实测值与计算结果有所差异。在实际的设计和施工过程中应考虑此类计算误差，向使得结构偏于安全的方面考虑。

4 结语

（1）悬臂施工阶段理论挠度与实测值对比结果表明，中铁05规范计算的理论值与另外三种模式差值3mm左右，其他三个规范的计算值基本一致，且与实测值符合较好。

（2）中交04、CEB-FIP1990收缩徐变模型所得的理论计算值与挠度实测值较为接近，更适用于大跨度预应力混凝土连续梁结构的收缩徐变效应分析。

（3）在悬臂施工阶段，截面应力实测值与中交04规范计算值基本吻合，大部分实测值比计算值大，但均在应力监控的控制范围之内。

（4）在悬臂施工阶段，收缩徐变使上缘应力值减小，使下缘应力值增大，特别是在边跨合拢后由于结构变为超静定体系，这种趋势更为明显。

（2）加强施工工艺改造技术的研究。喷混植生是工程与生物措施紧密结合的施工技术，工艺过程复杂并影响着工程质量。主要研究不同母岩、不同坡度岩石坡面的最佳施工工艺，锚杆与挂网工艺的改进、建植层喷混工艺的优化等，达到既降低生产成本，又能快速生态治理、长期护坡的目的。

参考文献

[1]黄国兴，惠荣炎.混凝土的收缩[M].北京：中国铁道出版社，1990.

[2]惠荣炎，黄国兴，易冰若.混凝土的徐变[M].北京：中国铁道出版社，1988.

[3]丁文胜，吕志涛，孟少平，等.混凝土收缩徐变预测模型的分析比较[J].桥梁建设，2004，（6）：13-16.

[4]Clark LA.CEB-FIP Model Code 1990[J].Programs UsenixUnix SupplementaryDocuments，2008，40（95）：233-235.

[5]ACICommittee 209.Prediction ofCreep，Shrinkage，and Temperature Effects in Concrete Structures[M].American Concrete Institute，1992.

[6]JTGD62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[7]程辉，王鸣辉，梅秀道，等.连续刚构铁路桥收缩徐变效应监测与分析[J].江汉大学学报：自然科学版，2015，43（4）：323-327.

[8]朱宇锋，王解军.大跨径连续刚构桥施工控制中的混凝土徐变分析[J].公路工程，2008，33（1）：32-35.

[9]朱果.大跨度预应力混凝土连续箱梁桥收缩徐变效应分析[D].重庆：重庆大学，2012.