徐变对钢管混凝土拱桥拱肋截面应力重分布的影响学习体会

文献概况与研究价值

本文由谢肖礼等发表于2001年《广西科学》第8卷第1期，作者来自广西大学土木工程学院。该文采用混凝土徐变理论及有限单元法，考虑混凝土的弹性后效及受四周约束作用的徐变特性，对任意形状拱肋截面的钢管混凝土拱桥应力重分布进行研究。研究推出了短期荷载作用下截面应力和长期荷载作用下应力重分布的半解析表达式，提出了相应的分析方法及实施步骤。

徐变效应分析理论

混凝土徐变特性

混凝土徐变是混凝土在持续荷载作用下随时间增长的变形。徐变变形的量值与以下因素相关：

弹性后效效应

文献中特别考虑了混凝土的弹性后效效应，即混凝土在卸载后部分变形不能立即恢复的现象。弹性后效与徐变共同作用，导致混凝土的长期变形大于短期变形。在钢管混凝土结构中，钢管对混凝土的约束作用使得混凝土的徐变和弹性后效特性发生变化，表现为徐变系数降低、弹性后效系数增大。

四周约束徐变特性

钢管对核心混凝土的四周约束作用是钢管混凝土结构的重要特征。约束作用使得混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度和延性。在徐变分析中，必须考虑约束作用对混凝土徐变特性的影响。文献中提出的半解析表达式考虑了约束作用，使得计算结果更符合工程实际。

应力重分布分析

短期荷载作用下的应力分布

在短期荷载作用下，钢管混凝土拱肋截面的应力分布主要由弹性力学理论确定。钢管和混凝土按照各自的弹性模量分担荷载，应力分布呈线性分布。此时，钢管与混凝土之间的界面粘结良好，两者协同工作。

长期荷载作用下的应力重分布

在长期荷载作用下，由于混凝土的徐变变形大于钢管的变形，混凝土的应力逐渐降低，而钢管的应力逐渐增大。这种应力重分布是钢管混凝土结构的重要特征，也是其能够充分发挥钢管和混凝土各自优势的关键机制。

应力重分布的程度取决于以下因素：

1. 钢管与混凝土的弹性模量比：弹性模量比越大，应力重分布越显著；
2. 徐变系数：徐变系数越大，应力重分布越显著；
3. 加载时间：加载时间越长，应力重分布越显著；
4. 截面形状：截面形状影响应力重分布的分布规律。

工程实践中的注意事项

钢管制造质量

钢管混凝土拱桥拱肋的钢管制造质量直接影响结构的长期性能。钢管的焊缝质量、几何尺寸精度、表面质量等均应严格控制。建议：

• 焊缝采用UT检测，确保无严重缺陷；
• 钢管表面应平整，无划伤、凹坑等缺陷；
• 钢管的直线度和圆度应符合标准要求。

钢管防腐

钢管混凝土拱桥中的钢管长期处于混凝土环境中，虽然混凝土可以提供一定的防腐保护，但在某些情况下（如混凝土碳化、氯离子侵入等），钢管仍可能发生锈蚀。建议：

• 钢管表面进行防腐处理，如涂漆、镀锌等；
• 控制混凝土的碳化深度，防止钢筋锈蚀；
• 在潮湿或腐蚀性环境中，加强钢管的防腐措施。

施工质量控制

钢管混凝土拱桥的施工质量控制是确保结构性能的关键。建议：

• 严格控制钢管的制造和安装质量；
• 混凝土浇筑时应确保钢管与混凝土的紧密接触；
• 加强施工过程中的监测，及时发现和处理质量问题。

学习心得

该文献从理论分析的角度揭示了徐变对钢管混凝土拱桥应力重分布的影响机制，为工程实践提供了重要的理论依据。从钢管制造和焊接的角度来看，钢管的质量直接影响应力重分布的规律和程度。高质量的钢管能够充分发挥约束效应，提高混凝土的抗压强度和延性，同时也能更好地承担长期荷载下的应力重分布。建议在钢管制造过程中严格控制质量，确保钢管的焊缝质量、几何尺寸和表面质量满足标准要求，从而保证钢管混凝土拱桥的长期性能和安全性。