大跨径PC连续刚构桥预应力沿程分布分析

发布时间：2020-05-08 11:41

【摘要】：十九世纪预应力技术开始在混凝土中使用,预应力混凝土技术(PC技术)产生萌芽,随着发展,人们尝试着在梁桥中使用PC技术,形成了最初的预应力混凝土桥梁,即PC桥梁,到了二十世纪三十年代,世界上70%的桥梁都采用了PC技术。随着PC技术在桥梁工程中的大量使用,PC桥梁混凝土劣化、预应力钢束缺损、跨中下挠等一系列病害开始出现,在大跨径PC连续刚构桥上,尤为明显。目前应对这些病害的方法主要为外部加固、减轻荷载、更换梁体等措施,未能从决定桥梁受力状况的预应力沿程分布情况入手,从根本上预防。本文以受预应力沿程分布影响较大的大跨径PC连续刚构桥与其使用的预应力钢束为分析对象,开展了针对预应力钢束与箱梁结构的有限元沿程分布分析。首先对预应力沿程分布和沿程分布分析进行定义,说明沿程分布分析分为分别针对钢束与箱梁的两个阶段,指出钢束预应力损失与沿程分布情况不良是目前大跨径PC连续刚构桥存在跨中下挠、梁体裂缝等问题的主要原因。总结目前采用的预应力体系建立质量控制与评价的方法,指出其存在定性要求导致质量差异等问题。在对收集既有资料进行归纳的基础上,总结出目前已有的预应力沿程分布理论与方法,确定了《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》为沿程分布分析的对比基础与参照。接着,基于有限元接触分析软件Midas/NFX针对钢束沿程分布分析分别建立、分析并比选了“箱梁实体-钢束实体(全接触形式)”、“箱梁实体-钢束实体(真实面积形式)”、“箱梁实体-钢束板”、“箱梁实体-钢束梁”、“板-钢束板”等5类模型,选择“板-钢束板”模型为钢束应力沿程分布计算最佳模型,并优化。随后,在第一阶段的沿程分布分析中采用“板-钢束板”模型,以大跨径PC连续刚构桥采用的预应力钢束为研究对象,在预应力钢束形状与材料、张拉控制应力、摩擦系数等参数改变的情况下针对其应力损失进行沿程分布分析,实现模型对预应力损失与沿程分布的精确计算以及对张拉过程的模拟,并将分析结果反映到了规范修正与参数修改上。提出了实际工程中存在的“削峰平缓效应”使考虑反摩擦影响适用于曲线段的钢束回缩损失计算值与实际情况不符。最后,在第二阶段的分析中提出了模拟大跨径PC连续刚构桥预应力张拉期间钢束与孔道接触的情况的弹性连接法,计算拟合出涉及摩擦的弹性连接法向刚度系数与模型单元尺寸、钢束与孔道摩擦系数、钢束曲率半径、钢束弯曲角度等参数关系的经验公式。以重庆高家花园嘉陵江大桥复线桥为计算工程实例,分别采用模拟预应力效应的等效荷载法(梁单元模型)与弹性连接法(复线桥沿程分布分析模型)针对复线桥各墩四个节段河侧与岸侧钢束张拉完成后,标高与应力变化情况进行计算,并与实测数据对比,证明了针对大跨径PC连续刚构桥,采用弹性连接法模拟预应力钢束与箱梁之间摩擦以计算结构预应力效应的方法是切实可行的,在此基础上可以对该类桥进行更为贴合实际的设计与计算。
【图文】：

图 1-1 PC 连续刚构桥悬臂施工图 PC 连续刚构桥进行施工操作的时候，考虑到施工过程的复顶的不对称弯矩，增加施工安全性，而在桥墩处采取墩梁固固结的桥墩与 0 号块后，便通过挂篮浇筑的形式，一直往以该方法也成为挂篮法。同时，在浇筑完成梁体的每一块件度后，采取在箱梁顶、腹板张拉预应力筋的方法来避免墩顶连续刚构桥采用张拉纵向、竖向、横向等三向预应力钢束段时，先进行边跨合龙，中跨在边跨预应力钢束张拉完全后完成全桥施工。 PC 连续刚构桥进行施工时，采用悬臂浇筑法有以下优先：要求高以及深水的不能架设支架的环境条件下，，具有很大优用到的设备较少；多节点同时施工，且不同墩互不影响，利于工成本；各节段施工工作重复度高，工作人员形成熟练技施工法

刚构桥存在的问题桥在施工与运营过程中会由于施工质量、环境，出现许多问题与病害，如若处理不得当，则甚至被破坏，威胁着驾驶员人身财产以及国家害与问题进行列举。挠或者环境影响，大多数连续刚构桥在使用一体下挠的现象（如图 1-2），比如跨径组合为，在建成 6 年后测得左幅跨中下挠值为 22.2c增加为 26cm 左右；跨径组合为 99+195+99m跨中明显下挠情况，下挠值为 63.5cm[10]同时，梁刚度降低，反过来使下挠速度加快，跨径组桥在建成 6 年后，跨中出现下挠 22cm 的情况用下形成的。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U448.23

【参考文献】

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本文编号：2654602