[博士]預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋腹板斜裂縫研究

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　　[博士]預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋腹板斜裂縫研究　　學(xué)科專業(yè)：：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：長沙理工大學(xué)　　學(xué)位年度：2008　　進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，預(yù)應(yīng)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(yùn)、承受荷載，設(shè)計(jì)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(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力混凝土箱梁腹板斜裂縫產(chǎn)生機(jī)理、形成規(guī)律、開裂后的使用性能及動(dòng)力特性，改進(jìn)完善設(shè)計(jì)施工措施等相關(guān)問題的研究有著重大的實(shí)用價(jià)值與社會(huì)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)?！　? 本文結(jié)合西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目“在用預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)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(shí)際，分析了預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋在設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營期內(nèi)常見的突出病害及其相互影響因素，將預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁腹板斜裂縫作為重點(diǎn)研究對象，主要針對腹板斜裂縫涉及的相關(guān)問題進(jìn)行深入研究，主要工作包括以下幾個(gè)方面：　　 (1)以腹板已經(jīng)開裂的典型預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋?yàn)檠芯繉ο?，建立了預(yù)應(yīng)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(jì)算差異的原因及其主要影響因素，從腹板主拉應(yīng)力計(jì)算方法上探討了腹板斜裂縫產(chǎn)生機(jī)理，分析表明：對于處理預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁這種空問特性很強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，空間有限元計(jì)算方法更適宜于分析其受力特性?！　? (2)以腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋為研究對象，進(jìn)一步從其應(yīng)力損失的計(jì)算方法及施工影響因素的角度，完善了預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁腹板斜裂縫產(chǎn)生機(jī)理。結(jié)合兩座實(shí)橋開展了豎向預(yù)應(yīng)力損失現(xiàn)場試驗(yàn)，針對豎向預(yù)應(yīng)力筋的特點(diǎn)進(jìn)行了各項(xiàng)豎向預(yù)應(yīng)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(yùn)營階段中各項(xiàng)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(jìn)行計(jì)算。重點(diǎn)研究了豎向預(yù)應(yīng)力筋施工定位誤差對錨固損失的影響，通過實(shí)測錨墊板傾斜角度并統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合解析法的計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力筋施加位置偏差的影響大小?！　? (3)基于實(shí)體等參退化殼與桿單元的組合單元形式模擬預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力束。以VisualFortan6．5作為開發(fā)平臺(tái)，考慮預(yù)應(yīng)力混凝土材料非線性、分段施工過程和預(yù)應(yīng)力損失模擬，編制了預(yù)應(yīng)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(yīng)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(jì)算公式，提出了實(shí)體退化殼與桿單元的組合單元在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，混凝土變等效結(jié)點(diǎn)荷載的遞推計(jì)算方法。在編制的BNAS軟件基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開發(fā)了考慮復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下混凝土徐變效應(yīng)分析的有限元程序，并以一座實(shí)橋?yàn)槔⒘藦?fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的徐變分析模型，探討了運(yùn)營期內(nèi)主梁撓度變化情況、應(yīng)力重分布規(guī)律、縱向預(yù)應(yīng)力束對腹板主拉應(yīng)力的影響效果?！　? (5)以成橋恒載狀態(tài)作為預(yù)應(yīng)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(yīng)的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁極限承載力模型，探討了預(yù)應(yīng)力束、混凝土徐變效應(yīng)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(yù)應(yīng)力束及混凝土徐變對箱梁的剛度折減效應(yīng)，從頂?shù)装蹇v向正應(yīng)力、腹板主拉應(yīng)力與等效塑性應(yīng)變的角度研究了應(yīng)力重分布規(guī)律。　　 (6)推導(dǎo)了車一橋系統(tǒng)耦合振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程組，利用VC++編制了可以用于車．橋系統(tǒng)耦合振動(dòng)分析的專業(yè)程序CQZD。以2座實(shí)橋?yàn)槔?，研究了預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的動(dòng)力影響因素，主要分析了橋梁基頻對預(yù)應(yīng)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(jì)算結(jié)果與按規(guī)范JTG D60—2004計(jì)算的結(jié)果進(jìn)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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