【博士】地錨式預應力混凝土斜拉橋受力性能分析【2009】

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內(nèi)容簡介

　　學科專業(yè)：道路與鐵道工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：東南大學　　學位年度： 2009年　　隨著山區(qū)高速公路建設的發(fā)展，地錨式(包括部分地錨式)大跨混凝七斜拉橋是跨越深切峽谷橋梁的一個可供選擇的較好方案。與普通大跨混凝土斜拉橋相比，大跨地錨式混凝土斜拉橋的結(jié)構(gòu)體系及其受力性能有其明顯的不同特征，特別是其在溫度和混凝土收縮徐變等非荷載作用下的結(jié)構(gòu)反應以及在使用荷載作用下的幾何非線性及穩(wěn)定性能應該有其不同的特點，而目前國內(nèi)外對這些問題的研究還很不足。本文依托湖北省鄖陽漢江公路人橋?qū)ζ浣Y(jié)構(gòu)的主要受力性能，特別是其長期受力性能，進行了長達11年的較系統(tǒng)現(xiàn)場測試與相應的理論分析，包括結(jié)構(gòu)的兒何非線性及穩(wěn)定分析、溫度效應分析、收縮徐變效應的長期觀測與分析等。主要研究內(nèi)容如下：　　1． 幾何非線性效應及穩(wěn)定分析　　對大跨斜拉橋幾何非線性和穩(wěn)定分析的基本理論進行了介紹和評述，然后利用本文所編制的大跨斜拉橋幾何非線性分析程序，以鄖剛漢江公路火橋為背景，對其幾何非線性受力特性行了計算分析，并利用商業(yè)有限元程序?qū)ζ浞€(wěn)定性進行了研究。結(jié)果表明：盡管鄖陽橋跨中設有無軸力鉸，但成橋結(jié)構(gòu)的幾何非線性影響還是較小。其次跨中設鉸的實橋方案其結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性安全系數(shù)滿足不小于4的設計要求，但跨中無軸力鉸的存在會大大降低結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，因此單就斜拉橋整體穩(wěn)定性而言，跨中不應設置無軸力鉸?！　?． 溫度效應分析　　采用ANSYS及現(xiàn)有較為典型的溫差模式(現(xiàn)行公路橋規(guī)和鐵路規(guī)范)對鄖陽漢江公路大橋進行了溫度效廊的空間分析，其結(jié)果表明在采用同樣的溫度設計值的情況下，由此計算出的應力(不論是縱向應力還是橫向應力)及位移均相籌不大。結(jié)果還表明混凝土斜拉橋的箱形主梁在正溫差作用下的橫向應力及箱梁在負溫差作用下的效應應予以重視，因此對混凝土斜拉橋進行溫度效應分析時，建議選用非線性的溫度梯度模式如現(xiàn)行公路橋規(guī)或者鐵路橋規(guī)，其溫度設計值建議取為20-25℃之間。此外負溫差引起的溫度效應較之正溫差更應引起重視，對混凝士斜拉橋進行負溫差效應分析時，建議選剛現(xiàn)行橋規(guī)負溫差模式，其溫度設計值建議取為l0~14℃之間。而整體升降溫分析結(jié)果表明對了：地錨式斜拉橋，在考慮溫度影響時必須設置跨中無軸力鉸?！　?． 收縮徐變效應　　(1)對鄖陽漢江公路人橋進行了多年的跟蹤觀測，取得了大批詳實可靠的現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，分析后可發(fā)現(xiàn)靠近跨中的測點撓度具有明顯的增人趨勢，而靠近索塔的測點撓度，其變化均較小；對于塔頂偏位，兩側(cè)索塔變化均較為平穩(wěn)，其中鄖陽側(cè)塔項偏位相對于十堰側(cè)塔頂偏位要火；對于斜拉索索力，不論邊跨索還是中跨索、長索還是短索，人多數(shù)斜拉索索力在運營階段變化均較小，均趨于平穩(wěn)。結(jié)果還表明：10余年運營后的鄖陽漢江公路人橋，其結(jié)構(gòu)的整體受力性能良好。　　(2)探討了混凝十溫度、環(huán)境相對濕度、混凝士配筋率、箱梁局部理論厚度等岡素對混凝土收縮徐變的影響，并基于疊加原理提出了綜合考慮上述各閃素的混凝土收縮應變和徐變系數(shù)計算方法，其結(jié)果能夠反應混凝十收縮徐變在自然環(huán)境中的主要特性，表明本文上述混凝土收縮應變和徐變系數(shù)計算方法能夠較好的應用于處于自然環(huán)境中的火跨箱梁橋的收縮徐變效應分析中；　　(3)采用MIDAS及本文所提出的混凝十收縮應變和徐變系數(shù)計算方法，對地錨式人跨預應力混凝土斜拉橋的收縮徐變效應進行了較詳盡的分析，其結(jié)果指出在缺乏實際資料的情況下，推薦采用CEB．FIP90模型和本文提出的修正方法進行箱梁橋的收縮徐變效應計算：此外本文探討了混凝土溫度、環(huán)境相對濕度、混凝十配筋率、箱梁局部理論厚度等因素及其變化對地錨式大跨預應力混凝土斜拉橋收縮徐變效應的影響，結(jié)果表明是否考慮上述各因素對于混凝土收縮徐變效應的影響均較為明顯，因此要準確分析地錨式大跨預應力混凝土斜拉橋的收縮徐變效應，應該考慮上述因素對結(jié)構(gòu)收縮徐變效應的影響。　　(4)分析了地錨式大跨預應力混凝十斜拉橋跨中無軸力鉸的存在對其收縮徐變效應的影響。計算結(jié)果表明對于主梁撓度和塔頂偏位，跨中設鉸與否的影響較大，特別是跨中測點撓度，兩者相差近三倍，表明跨中無軸力鉸的存在對主梁長期撓度和塔頂長期偏位有較大的影響；對于斜拉索索力，兩者相差較小，相差一般在5％以內(nèi)，表明跨中無軸力鉸對斜拉索索力影響較小；對于主梁控制截面應變，兩種體系下的曲線相籌同樣較大，差異不僅表現(xiàn)在數(shù)值上，在趨勢上同樣存在著較大差別，特別是在跨中截面下緣應變，主梁跨中連續(xù)時，其應變在成橋后基本趨于穩(wěn)定，而跨中設鉸接時，應變在計算后期仍表現(xiàn)出繼續(xù)增大的趨勢，表明跨中無軸力鉸對主梁截面應變有較大的影響?！　【C上可以看出，由于受地形限制而采取的地錨式斜拉橋，若采用橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)體系時它不能適應溫度變化所導致結(jié)構(gòu)長度變化的影響，若在其跨中設置無軸力鉸，對其穩(wěn)定性能和撓度產(chǎn)生不利影響，但可通過采取一些特別措施予以彌補，因此綜合考慮以上因素的影響，對于地錨式斜拉橋，建議在其跨中設置無軸力鉸?！　?

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