基于开裂规律的连续刚构桥底板纵向裂缝设计预防研究

发布时间：2020-04-01 01:33

【摘要】：连续刚构桥跨越能力强、线形美观、行车平顺,兼有连续梁和T构的优点,在国内得以大量修建,我国已形成庞大的“连续刚构桥家族”!在倡导可持续发展战略及贯彻全寿命周期理念的今天,作为一个连续刚构桥大国,也应适时总结连续刚构桥建设经验,总结不足,为后续桥梁设计及建设提供有力的科学依据。在对陕西省连续刚构桥普查的基础上发现,连续刚构桥底板纵向裂缝病害问题突出,其成因如何,设计期又该怎样预防,成为下一步各方最为关心的问题。针对以上问题,本文所做的研究及取得的成果如下:(1)对陕西省连续刚构桥进行了调研统计,研究了底板纵向裂缝的开裂形态,总结了其开裂规律,根据陕西省实际,分析裂缝产生的原因,得到了下一步研究的方向:1)连续刚构桥底板预应力钢束张拉径向力修正计算;2)陕西省狭长地域温度梯度场研究;3)探究跨中增设横隔板对连续刚构桥箱梁底板受力的影响。(2)在经典径向力计算公式的基础上,考虑底板纵向预应力钢束的布束范围以及实际桥梁尺寸,对5座不同跨径范围内的桥梁进行了径向力参数敏感性分析;其次,考虑定位误差以及“以直代曲”的施工方法对径向力的影响,修正了经典径向力计算公式。从防崩钢筋面积设置的角度,对比了多座桥梁底板防崩钢筋设计与实际设置面积,侧面验证了本文公式的可靠性。(3)选取陕北、关中和陕南地区三座具有代表性的连续(刚构)箱梁桥进行了连续的观测,实测数据显示:箱梁底板存在竖向温差,通过对比多个国家对温度梯度的规定,采用“三折线”的形式建立了三个地区实测温度梯度模型,同时建立了ANSYS有限元仿真模型,进行了实测温度效应分析,结果表明:设计时,不考虑底板竖向负温度梯度的作用,对于底板的受力将产生不利的影响,偏不安全。(4)通过有限元仿真分析,发现增设跨中横隔板可改善箱梁底板受力,削弱底板拉应力峰值,并得到跨中横隔板的合理厚度为55cm,合理挖空率为30%或35%;同时,跨中横隔板可以有效的降低箱梁跨中截面的畸变效应。无论从结构构造或结构受力方面而言,设计时考虑增设跨中横隔板对分担底板钢束径向力,减少跨中底板纵向裂缝都是有利的。
【图文】：

地域分布,跨径,桥梁,陕西省

未开裂桥梁开裂桥梁图2.1 陕西省连续刚构桥地域分布及开裂调研（2）由于桥梁跨径不一，为了探究底板纵向开裂与主跨跨径的关系，本文又统计了不同跨径的连续刚构桥底板开裂情况。按照跨径划分的一般规律，将上述桥梁分为四个梯度层次。由图 2.2 所示，主跨跨径不及 100m 桥梁中有 6 座桥梁发生开裂，开裂率为 40%；主跨跨径在 100 及 140m 之间（100≤L＜140m）现役桥梁共 30 座，其中 17 座发生开裂，开裂率为 56.7%；主跨跨径在 140 及 180m 之间（140≤L＜180m）现役桥梁共 38 座，其中 22 座发生开裂

纵向裂缝,中跨,位置,底板

如图 2.9~图 2.12 所示，，裂缝长短不一，有的连续贯通，有的则辐射范围较小，相比与其他部位，跨中合龙段纵向开裂现象更加明显。图2.9 某桥中跨 L/4 位置处纵向裂缝图2.10 某桥中跨 L/3 位置处纵向裂缝图2.11 某桥中跨跨中部位处纵向裂缝图2.12 某桥中跨合龙段处纵向裂缝2.2.2 连续刚构桥底板纵向裂缝成因分析针对连续刚构桥底板开裂或施工期底板钢束张拉导致的底板崩裂这一问题，国内外学者都对其成因机理进行了较多的研究。因此，在前人的基础上，结合陕西省连续刚构桥底板纵向裂缝的调研情况以及开裂规律，对纵向裂缝开裂的成因进行分析，以期能够指导下一步的研究工作。（1）底板自重作用产生横向挠曲由于连续刚构桥大多为单箱单室薄壁箱梁结构，横向上宽度较大，从 2.1 节中可知，调研中单箱单室箱梁底板最大宽度已达到 7.5m。箱梁在自重作用下，底板受力状态类似两端嵌固的板梁，横向上底板受弯，下缘表面混凝土受拉，成为底板开裂的一个重要原因
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U448.23

【参考文献】