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随着我国交通事业的迅速发展以及城市化进程的加快,现代城市桥梁越来越多地采用曲线梁桥的结构形式。由于车辆荷载的加大以及混合配筋形式的普遍应用,桥梁在高应力状态下工作时钢筋的应力松弛不容忽视。
本文从金属材料性能的角度总结了普通钢筋的松弛性能,给出钢筋的应力松弛本构模型,在此基础上推导出考虑受拉钢筋松弛性能的桥梁混凝土应力计算公式,并针对钢筋混凝土这种特殊的复合材料,分析了混凝土应力随时间或载荷循环次数的变化规律,以及其它因素对混凝土应力的影响程度,主要结论如下:
松弛是金属材料塑性变形状态的反映,它使桥梁结构中的钢筋产生应力损失,在循环荷载作用下钢筋发生平均应力松弛。当结构形状及载荷保持不变时,截面弯矩将维持恒定,根据平衡条件,混凝土的应力随着钢筋的应力衰减而逐渐增大,从而降低结构抗裂性。本文分别对不同荷载作用下的混凝土应力进行分析得知,固端约束能明显地减轻钢筋和混凝土的负担,更有利于结构的合理受力;截面惯性矩是混凝土应力另一个比较重要的影响因素,采用改变截面形式以增大截面惯性矩的方法可以提高结构的整体稳定性,明显改善结构的承载能力;曲线梁桥的曲率越大,应力集中现象就越明显,底部受拉钢筋的初始应力也越大,其松弛变化愈加明显,对应同一时刻的混凝土应力值也越大;在仅考虑钢筋松弛性能的前提下,钢筋和混凝土各自的强度等级对不同桥型混凝土最大应力值的影响不大,即桥梁结构刚度对考虑钢筋应力松弛时的混凝土应力分布影响很小。
考虑到城市交通的复杂性,通常采用曲线梁桥。此外,采用整体受力的曲线箱梁桥比采用分散受力的T形组合曲梁桥更安全、更经济,且能够更好地发挥桥梁结构的使用性能,延长其寿命;现役桥梁通常采用增大截面法或者粘钢加固的方法来延长寿命,以确保结构安全。