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[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力特性,改進(jìn)完善設(shè)計施工措施等相關(guān)問題的研究有著重大的實(shí)用價值與社會經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。 本文結(jié)合西部交通建設(shè)科技項目“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、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)力混凝土箱梁橋為研究對象,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,揭示了其計算差異的原因及其主要影響因素,從腹板主拉應(yīng)力計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,針對豎向預(yù)應(yīng)力筋的特點(diǎn)進(jìn)行了各項豎向預(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)計分析,結(jié)合解析法的計算結(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,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)橋為例,建立了復(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)耦合振動的運(yùn)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(shí)橋為例,研究了預(yù)應(yīng)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(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)計算結(jié)果與按規(guī)范JTG D60—2004計算的結(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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