[博士]預應力混凝土箱梁橋腹板斜裂縫研究

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　　[博士]預應力混凝土箱梁橋腹板斜裂縫研究　　學科專業(yè)：：橋梁與隧道工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：長沙理工大學　　學位年度：2008　　進入20世紀80年代后，預應力混凝土箱梁橋得到了迅猛發(fā)展，現(xiàn)已成為我國大跨徑橋梁的主要橋型之一。但隨著這些橋梁逐步的投入營運、承受荷載，設計和施工中的問題也逐步暴露出來，尤其是不同性質(zhì)的開裂問題較為普遍，其中以腹板斜裂縫尤為突出。預應力混凝土箱梁腹板斜裂縫的存在輕則縮短橋梁使用壽命，重則影響橋梁結(jié)構(gòu)安全。因此，探明預應力混凝土箱梁腹板斜裂縫產(chǎn)生機理、形成規(guī)律、開裂后的使用性能及動力特性，改進完善設計施工措施等相關(guān)問題的研究有著重大的實用價值與社會經(jīng)濟效應?！　? 本文結(jié)合西部交通建設科技項目“在用預應力連續(xù)箱梁、連續(xù)剛構(gòu)橋開裂成因及處治技術(shù)研究(200331822315)”和“大跨徑預應力混凝土梁橋主梁下?lián)显蚍治黾皩Σ哐芯?200631822327)”以及現(xiàn)場工程實際，分析了預應力混凝土箱梁橋在設計、施工及運營期內(nèi)常見的突出病害及其相互影響因素，將預應力混凝土箱梁腹板斜裂縫作為重點研究對象，主要針對腹板斜裂縫涉及的相關(guān)問題進行深入研究，主要工作包括以下幾個方面：　　 (1)以腹板已經(jīng)開裂的典型預應力混凝土箱梁橋為研究對象，建立了預應力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)的空間與平面有限元模型，通過對比分析，得到了兩種方法的差異，揭示了其計算差異的原因及其主要影響因素，從腹板主拉應力計算方法上探討了腹板斜裂縫產(chǎn)生機理，分析表明：對于處理預應力混凝土箱梁這種空問特性很強的結(jié)構(gòu)，空間有限元計算方法更適宜于分析其受力特性?！　? (2)以腹板豎向預應力筋為研究對象，進一步從其應力損失的計算方法及施工影響因素的角度，完善了預應力混凝土箱梁腹板斜裂縫產(chǎn)生機理。結(jié)合兩座實橋開展了豎向預應力損失現(xiàn)場試驗，針對豎向預應力筋的特點進行了各項豎向預應力損失的有限元和解析法分析，明確了在張拉錨固階段和運營階段中各項損失的相對關(guān)系。并且結(jié)合現(xiàn)行公橋規(guī)(JTG D62．2004)提出了簡化公式對混凝土收縮徐變損失進行計算。重點研究了豎向預應力筋施工定位誤差對錨固損失的影響，通過實測錨墊板傾斜角度并統(tǒng)計分析，結(jié)合解析法的計算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了預應力筋張拉后由于端部轉(zhuǎn)角誤差對錨固損失的影響規(guī)律，明確了施工過程中豎向預應力筋施加位置偏差的影響大小?！　? (3)基于實體等參退化殼與桿單元的組合單元形式模擬預應力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，以分層退化殼元來模擬混凝土、普通鋼筋，以桿單元模擬預應力束。以VisualFortan6．5作為開發(fā)平臺，考慮預應力混凝土材料非線性、分段施工過程和預應力損失模擬，編制了預應力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)的全過程有限元分析軟件BNAS?！　? (4)基于初應變法，結(jié)合不同規(guī)范(JTJ023．85和JTG D62．2004)關(guān)于徐變系數(shù)的遞推計算公式，提出了實體退化殼與桿單元的組合單元在復雜應力狀態(tài)下，混凝土變等效結(jié)點荷載的遞推計算方法。在編制的BNAS軟件基礎(chǔ)上，進一步開發(fā)了考慮復雜應力狀態(tài)下混凝土徐變效應分析的有限元程序，并以一座實橋為例，建立了復雜應力狀態(tài)下的徐變分析模型，探討了運營期內(nèi)主梁撓度變化情況、應力重分布規(guī)律、縱向預應力束對腹板主拉應力的影響效果?！　? (5)以成橋恒載狀態(tài)作為預應力混凝土箱梁極限承載力分析的初始狀態(tài)，研究了箱梁腹板開裂后的極限承載能力。建立了綜合考慮混凝土徐變效應的預應力混凝土箱梁極限承載力模型，探討了預應力束、混凝土徐變效應對箱梁結(jié)構(gòu)極限承載能力的影響。從橋梁安全系數(shù)的角度分析了預應力束及混凝土徐變對箱梁的剛度折減效應，從頂?shù)装蹇v向正應力、腹板主拉應力與等效塑性應變的角度研究了應力重分布規(guī)律?！　? (6)推導了車一橋系統(tǒng)耦合振動的運動方程組，利用VC++編制了可以用于車．橋系統(tǒng)耦合振動分析的專業(yè)程序CQZD。以2座實橋為例，研究了預應力混凝土箱梁橋的動力影響因素，主要分析了橋梁基頻對預應力混凝土箱梁橋沖擊系數(shù)的影響，并將算例中的沖擊系數(shù)計算結(jié)果與按規(guī)范JTG D60—2004計算的結(jié)果進行了比較。結(jié)果表明：橋梁基頻對沖擊系數(shù)的影響比較顯著，沖擊系數(shù)隨基頻的降低而降低。

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