大跨预应力UHPC-NC连续混合箱梁桥分析与优化设计

发布时间：2020-09-07 19:38

　　随着使用年限的增加,大跨PC梁桥在运营过中出现梁体开裂和跨中持续下挠这两大病害。本文以红岩溪特大桥为依托工程,提出UHPC-NC连续混合梁新技术,主要研究了UHPC-NC混合桥跨径、梁底曲线、支点跨中高跨比以及UHPC-NC混合桥UHPC节段的配束方式,使得连续梁桥受力更合理,徐变下挠更小。主要结论如下:(1)对UHPC-NC混合桥进行初步设计并与原桥进行比较,可以看出混合桥在施工阶段及使用阶段的受力、变形都比原桥要好,十年收缩徐变引起的下挠值仅为4.35cm,比原桥减少了33.2%;二十年收缩徐变引起的下挠值仅为6.20cm,比原桥减少了30.8%;在钢束预应力损失、普通混凝土刚度下降等工况下的受力、变形都优于原桥,说明UHPC-NC混合桥在改善大跨PC梁桥病害方面优势明显,值得深入研究。(2)UHPC-NC混合结构梁桥的合理边主跨比为0.55≤k_1≤0.65,在此边主跨比范围内,墩顶两侧主梁的弯矩值大致相等,主墩承受的不平衡弯矩值较小。同时当UHPC段长度比0.3≤k_2≤0.4时UHPC-NC连接段位置弯矩、剪力值均不大,通过比选推荐UHPC长度比最优解为0.35。最终通过边跨现浇段施加配重,将边主跨比降为0.4,使得该桥型能更适合峡谷地区的施工。(3)UHPC段的配束方式推荐采用方法三的UHPC段体内束锚固于主墩处横隔板,利用该方法配束全桥关键截面的应力值与原设计相差不大,并且在UHPC-NC结合处的应力比其余几种方法更小。UHPC-NC混合桥的剪力及主墩位置弯矩分布较原桥小很多,跨中十年收缩徐变下挠值比原桥减少了18.9%,二十年收缩徐变下挠值小了21.7%,全桥所有支座合力值为原桥的96.7%。(4)对UHPC-NC混合桥梁高的优化设计中,发现当支点高跨比为1/16.4,跨中高跨比为1/50时主梁内各截面内力、应力、下挠值均较小,弯曲应变能相对较低,全桥受力较为合理。对抛物线指数的优化中,发现抛物线次数为1.5时,不仅全桥弯曲应变能不大,而且结构在1/2边跨、1/4中跨、UHPC-NC结合处这些内力、应力标准离差率较大的截面处的内力、应力值均较小,全桥受力较优。
【学位单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U448.213
【部分图文】：

变化图,辅航道桥,虎门大桥,挠度

迅猛发展；已经建成的重庆长江大桥复线桥主跨跨径达到 330m径连续刚构桥。我国大跨 PC 梁桥的建造技术及建造规模，均但工程实践表明，随着使用年限的增加，大跨 PC 梁桥在运营式各样的问题与病害，主要体现为梁体开裂和跨中下挠[3~5]，这，且至今尚未较好地解决。PC梁桥开裂和下挠的根本原因在于主梁自重过大、常规混凝土强度低和徐变效应无法避免。大跨PC梁桥为受弯结构，其占总的自重使得主梁内力过大、截面应力水平高，导致高拉应力区压应力区混凝土徐变变形较大，从而加剧了结构的长期下挠。料抗拉强度低，难以抵抗大跨PC梁桥在内、外各种复杂因素作应力，从而产生大量裂缝[6]。并且在成桥后桥梁的开裂和下挠[7]，混凝土在收缩徐变作用下产生下挠，而过度的下挠又将会裂缝产生后又会进一步削弱梁体的刚度，促使桥梁进一步下挠

下挠,徐变

：首先是由于施工现场条件的限制，使得施工时的实际预应力损失远大于计算设计值。其次是由于预应力筋在设计时的认识不足，导致成桥后箱梁上下缘的应力不均匀，如图1.2所示，支点截面下缘应力值大于上缘应力值时。在混凝土收缩徐变效应影响下跨中下挠将进一步增大。最后是外界因素对预应力损失的影响，比如沿截面高度温差较大时由于由于上下缘与腹板之间的相互作用，将造成预应力损失；（3）裂缝导致主梁刚度变化：结构开裂后由于截面应力分布的截面型心均发生变化，结构耐久性也随之降低，受力体系的变化和结构钢度的削弱使得结构下挠进一步恶化；（4）车辆超重及活载长期效应的影响：实践证明，大跨PC梁桥自重的偏差不容忽视。引起自重增加的原因主要有：①混凝土模板变形引起的超方；②桥面不平整或施工不准确导致的桥面铺装层的超厚。同时，桥梁自建成通车至损坏不能正常使用期间，桥梁上部会持续有车辆荷载的作用

弯矩图,负弯矩区

臂少配束”的方法进行配束调整，或采用后期补偿张拉预应力的方式面可解决由于最后几个节段配置较少钢束引起的较大挠度，同时对一定的改善。恒载零弯矩1M2M3M4M5M图 1.3 恒载零弯矩法悬臂状态弯矩图桥墩0号块 1号块跨中线底板加RPC段顶板加RPC段0—10号块 24—26号块、跨中合拢段1号块10号块AABB

【参考文献】