后张梁曲线预应力钢束预应力损失研究

发布时间：2020-05-19 20:59

【摘要】：随着基础设施建设的发展及预应力技术的广泛应用,后张梁预应力损失的计算日益受到人们的关注。近年来,许多学者致力于后张梁预应力损失的研究,取得了一些成果,但这些研究仍存在一定的缺陷和不足,特别是在曲线预应力钢束的锚固损失和长期损失计算方面。为此,本文针对目前研究中存在的主要问题,从以下几个方面对后张梁中常用的五段式曲线预应力钢束的预应力损失进行了研究。(1)针对我国现行桥梁设计规范中计算锚固损失时的不足,本文基于经典摩擦理论,从钢束微段平衡条件出发,利用变形协调条件及应力连续性条件,导出了考虑反摩擦作用的锚固损失精确计算公式和应力平衡点位置的计算公式。通过对实际桥梁中钢束锚固损失的计算结果表明:与本文精确方法的计算结果相比,按现行铁路桥梁设计规范中简化方法得到的锚固损失结果接近于精确值,其相对误差一般在10%以内,而按现行公路桥梁设计规范得到的结果相对误差较大,相对误差可达39.41%,当应力平衡点不存在时,误差甚至可达到62.59%。(2)在本文导出的锚固损失精确计算公式基础上,结合预应力钢束锚固前的摩擦损失计算公式,对钢束正、反摩擦作用之间的差别进行了分析。研究结果表明:钢束所受的反摩擦作用总是小于摩擦作用,为提高我国现行铁路桥梁设计规范中锚固损失简化计算方法的精度,体现锚固前、后钢束所受正、反摩擦作用的不同,可将按现行铁路桥梁设计规范简化方法计算所得的锚固损失结果乘以小于1的系数加以校正。(3)基于本文导出的锚固损失精确计算公式,通过定义后张梁张拉方式优选系数,分析了预应力钢束不同张拉方式对预应力损失的影响,得出当预应力钢束的反摩擦影响长度超过钢束全长的一半时,为减小钢束的预应力损失,应采用一端张拉的方式;反之,应采用两端张拉。计算结果表明:采用一端张拉时,可使钢束在另一端处的预应力损失相对于两端张拉时的端部损失减小28.59%。(4)针对我国现行桥梁设计规范中计算长期损失时的不足,基于梁体计算截面的内力平衡条件,利用变形协调条件和按龄期调整的有效模量法,建立了考虑普通钢筋以及混凝土收缩徐变与钢束松弛耦合影响下的长期损失统一计算公式。通过对实际桥梁中钢束长期损失的计算结果表明:与采用本文统一公式的计算结果相比,忽略混凝土收缩徐变与钢束松弛相互影响后,在跨中截面处按铁路桥梁设计规范的计算结果明显偏小,相对误差可达35.80%,在L/4截面处按公路桥梁设计规范的计算结果明显偏大,相对误差可达37.95%。
【图文】：

共和国,预应力混凝土桥,预应力技术,下挠

和预应力悬索桥的相继出现，我国 75%以上的现代桥梁均采用了预应力技术。这主要是由于预应力混凝土结构相比普通钢筋混凝土结构具有以下优点[2-5]：(1) 良好的抗裂性和耐久性；(2) 节省材料用量，减轻结构自重；(3) 增大构件刚度，减小结构变形；(4) 提高受压构件的稳定性；(5) 提高构件耐疲劳的性能；(6) 减小梁体的竖向剪力和主拉应力。由于这些优点的存在，促使了最近几十年内预应力混凝土桥的迅猛发展，桥梁单孔跨径越来越大，目前已达 330m(我国 2006 年建成的重庆市石板坡长江复线桥)。但随着预应力技术的大量应用，预应力混凝土桥也体现出了诸多的缺陷和不足，最为突出的当属桥梁跨中下挠及梁体裂缝，其实例有[6-10]：1978 年建成通车的帕劳共和国科罗巴岛桥，主跨 241m 的预应力连续刚构桥，通车后不久梁体便出现了开裂和下挠，，跨中最大挠度竟高达 1.2m。最终，在多次加固后于1996 年 9 月倒塌，图 1.1 为科罗巴岛桥倒塌前、后的现场图。

黄石长江公路大桥,汉江,湖北,连续箱梁桥

后张梁曲线预应力钢束预应力损失研究建成通车的美国鹦鹉渡口桥(99+195+99)m，在 1991 年的监测 63.5cm，并在梁体上发现大量裂缝。建成通车的三门峡黄河公路大桥(105+4×140+105)m，在 2002 中下挠达 18cm，且主跨箱梁腹板有大量斜裂缝，最大裂缝宽度长 11 月建成通车的湖北钟祥汉江大桥，在 2005 年由于跨中下挠题，拆除并重建了(65+3×100+65)m 五跨连续箱梁桥部分，图 1桥。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U445.57

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