悬臂法施工预应力混凝土箱梁桥三维应力状态分析

发布时间：2020-05-16 11:22

【摘要】：本文针对近年来大跨度预应力混凝土连续刚构桥在使用过程中普遍出现的开裂问题,以实际桥梁为依托对预应力作用下箱梁空间应力状态展开研究:(1)阐述了在预应力作用下的箱梁锚固局部承压区应力状态和箱梁横向内力分布的研究现状并加以总结和评价。(2)采用Ansys有限元分析软件,针对箱梁预应力锚固区的受力特点,建立节段箱梁的实体有限元模型,计算了箱梁顶板束锚下的局部应力分布状态,并分析该局部应力分布的特点和规律。(3)数值分析计算表明:在顶板束预加力作用下,箱梁的顶板和腹板上的锚下局部应力可以分解成为平板的2种局部承压问题。文中给出了分解的荷载和应力的等效计算公式,并进行了数值计算论证,同时还分析顶板与腹板的厚度比值对等效比例系数的影响。(4)将平板局部承压的应力计算视作为平面应力问题,采用弹性力学方法,通过拟定三角级数的应力函数来求得平板局部承压的局部应力级数解。(5)建立带有预应力束管道的实体节段有限元计算模型,分析了腹板在预应力下弯束作用下的应力分布规律,并研究腹板厚度变化和下弯束的弯曲半径的变化对腹板局部应力的影响,最后比较采用直线束和下弯束对腹板锚固区应力分布的影响。(6)针对跨中合拢区段底板预应力束产生的径向力的作用,本文采用框架分析法,推导这种径向力作用产生的箱梁的横向内力计算公式,并分析了该作用对箱梁的腹板应力的影响。本文的研究成果对连续刚构桥的设计具有实用的参考价值。
【图文】：

示意图,局部承压,破坏机理,示意图

混凝土的局部承压强度远大于其抗压强度标准值[59]。对于此类现象，人们提出了两种理论：其一是“套箍强化”理论，其实质是假定局部承压区混凝土应力超过限值后裂缝急剧开展产生侧向变形，而承压区周边的混凝土通过套箍约束作用来限制其变形从而使得承压区混凝土强度明显提高；其二是以“剪切破坏机理”为基础的局部承压计算理论，其实质是假定局部承压区混凝土为一个带多根“拉杆”的拱（如图 2-2a）。其破坏主要分为两个阶段：第一阶段，当局部承压荷载达到开裂荷载crN 时（如图 2-2b），部分拉杆横向拉应力 x超过了混凝土极限抗拉强度tf 而破坏，出现局部纵向微裂缝，但此时尚未出现拱机构破坏；第二阶段，当承压荷载继续增加时，裂缝将进一步向下延伸，导致拱顶部位出现了内力重分布，“拉杆”的合力到拱顶压力中心的距离1K h 继续加大。当达到破坏荷载时，承压板下的混凝土受剪压作用形成楔形体，，产生剪切滑移面，最终楔形体劈裂导致机构破坏（如图 2-2c）。

应力集中区,和分布,拉应力,类型

预应力束锚固区混凝土的应力分布规律，工程界已经进行大初，研究人员将锚固区的混凝土体分为局部区和总体区进行底面（构件锚固端面）以下约一倍边长范围内的区域称为局域称为总体区。在局部区内，由于混凝土所受的主压应力较局部承压强度进行分析和验算；在总体区内，由于混凝土常出区混凝土进行抗裂分析和验算。研究的深入，研究人员发现之前划分方法过于简单并不能满于线弹性有限元分析的结果，人们将预应力束锚固区重新划：第一个为承压应力区,其主要分布在锚垫板下方的混凝土表区）；第二个是劈裂应力区，其主要位于锚下一定深度范围内拉应力区）；第三个为剥落应力区，其主要分布在混凝土自由区以上的拉应力区。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U441

【参考文献】