高墩大跨连续刚构渡槽箱梁腹板受力状态研究

摘要

大跨径连续刚构渡槽作为一种新型的大型渡槽结构，在越来越多的地方得到应用。由于渡槽的腹板作为输水通道，必须保障腹板在全生命周期内避免开裂，但是大跨径连续刚构渡槽箱梁腹板在施工过程及成桥运营阶段会承受腹板形成过程水化热、悬臂施工过程中混凝土收缩徐变、成桥运营阶段结构整体温度变化、温度梯度、水荷载和腹板内竖向预应力等荷载，在考虑各种荷载的情况下受力过于复杂，不利于设计者进行竖向预应力的设计，故本文以黔中水利枢纽工程徐家湾连续刚构渡槽为研究背景，进行如下几方面的研究:
　　(1)提出了一种基于腹板全生命周期应力叠加的验算方法来进行腹板处竖向预应力的设计，即首先单独分析各工况对渡槽箱梁腹板的影响，通过应力叠加计算出腹板最不利位置所需混凝土预压力，指导研究在墩附近的超高腹板进行竖向预应力钢束布置设计。
　　(2)梳理了大跨径连续刚构渡槽腹板受力的影响因素，主要有连续刚构渡槽腹板形成过程水化热应力、大跨径连续刚构悬臂施工产生的叠加应力、成桥运营期间长时间产生的收缩徐变次应力、成桥运营期间产生的极限温度应力、渡槽过水荷载应力以及厚腹板处布置的竖向预应力等。
　　(3)以徐家湾连续刚构渡槽为例，利用Midas/FEA有限元通用软件建立连续刚构渡槽有限元实体模型，根据大跨径连续刚构渡槽腹板受力的影响因素，详细分析了腹板形成过程水化热、悬臂施工过程累加应力对腹板受力的影响，并进一步探讨了不同环境湿度作用下对连续刚构渡槽腹板十年收缩徐变应力的影响。
　　(4)从渡槽结构整体升降温、腹板内外温差和上箱室内侧与上箱室外侧温差等角度，深入分析外界环境温度变化及腹板内外侧环境温度不同对大跨径连续刚构渡槽腹板受力的影响。
　　(5)通过对腹板形成过程水化热、悬臂施工过程累加应力、成桥运营期间长时间产生的收缩徐变和成桥运营阶段温度荷载等影响大跨径连续刚构渡槽腹板受力荷载的分析，根据基于腹板全生命周期应力叠加的验算方法对高墩附近超高腹板处进行竖向预应力钢束设计。并在考虑预应力损失和收缩徐变的情况，验证了方案的有效性，为未来渡槽采用竖向预应力改善腹板受力提供了参考依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 渡槽的发展概况

1．3 渡槽发展概述及其结构特点

1．4 本文的主要研究内容

第二章 大跨度连续刚构渡槽箱梁腹板受力影响因素

2．1 高墩大跨连续刚构渡槽工程背景

2．1．1 结构形式

2．1．2 施工工法

2．1．3 气象水文

2．2．1 悬臂施工

2．2．2 收缩徐变效应

2．2．3 三向预应力效应

2．3 温度效应

2．3．1 整体温升温降效应

2．3．2 温度梯度效应

2．4 大跨连续刚构渡槽箱梁腹板受力改善方法

2．5 本章小结

第三章 大跨度连续刚构渡槽箱梁腹板形成过程受力研究

3．1．1 混凝土热力学性质

3．1．2 渡槽箱梁温度场分析

3．2 箱梁腹板浇筑过程水化热应力分析

3．2．2 0#块腹板浇筑过程分析

3．3．1 施工阶段应力累加计算

3．3．2 悬臂施工节段腹板应力累积分析

3．4．1 收缩徐变参数分析

3．4．2 收缩徐变参数确定

3．4．3 不同湿度对腹板受力影响结果

3．5 本章小结

第四章 温度效应对大跨度连续刚构渡槽腹板受力影响

4．1 温度荷载分析

4．1．1 相关计算理论

4．1．2 计算模型及参数

4．1．3 计算条件及计算工况

4．1．4 计算结果及分析

4．2．1 有限元模型的建立

4．2．2 温度应力计算结果及分析

4．3．1 有限元模型的建立

4．3．2 温度应力计算结果及分析

4．4 本章小结

第五章 大跨度连续刚构渡槽箱梁腹板受力改善研究

5．1．1 水荷载的施加

5．1．2 水荷载作用下腹板应力分布规律

5．2 腹板预应力筋设计分析

5．2．1 预应力布筋原则

5．2．2 竖向预应力损失分析

5．3．1 混凝土浇筑与养护

5．3．2 浇筑过程保温措施

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果