大跨度连续梁桥早期温度裂缝及长期过量下挠控制研究

摘要

连续梁桥虽较常见，但随着桥梁跨度的不断增加，混凝土尺寸持续增大，结构基本呈现大体积混凝土特征，由此导致大桥施工及运营期间出现许多新问题，亟待解决。本文以某黄河在建（90+165+90）m大跨度预应力混凝土连续梁桥为背景，通过有限元模拟，结合现场实测，对该桥前期施工及后期运营阶段相关关键问题进行分析和研究。主要研究工作如下：
　　（1）根据设计图纸与现场实际，运用 Midas/civil软件模拟大桥施工过程，并结合实际施工方法，确定了该桥施工预拱度；采用正、倒装计算法计算了各施工阶段挠度和应力；根据现场观测数据，及时修正模型参数，保证模型的合理性；基于自适应控制法对大跨连续梁桥线形及应力状态进行控制。
　　（2）针对大桥冬季施工箱梁裂缝病害，现场对裂缝分布及裂缝特征进行了系统检测；根据试块力学试验，确定了钢纤维混凝土与普通混凝土的早期力学性能；通过埋设温度测点，对钢纤维混凝土早期温度场进行了观测。运用ANSYS软件中的热分析板块建立实体有限元模型，结合现场实际观测，分析了箱梁腹板早期裂缝的性质，并对裂缝产生的主要原因进行了详细的分析。
　　（3）通过基于热学分析下的有限元模拟，对普通混凝土与钢纤维混凝土两种材料的箱梁早期水化热温度场及应力场进行了对比分析，探讨了钢纤维混凝土对提高结构早期抗裂性能的作用机理；并根据现场实际施工情况，证明了钢纤维混凝土对改善箱梁早期温度裂缝的有效性。
　　（4）探讨了冬季施工养护温差与混凝土早期腹板裂缝的关系，利用控制变量法，得到了箱梁冬季养护温差与混凝土温度应力之间的关系曲线；并针对该桥温度裂缝病害提出了相应的修补措施。
　　（5）采用全桥有限元模型，利用单一变量法，进行了该桥在成桥阶段及后期运营期间，不同因素对跨中过量下挠病害的影响分析，并结合挠度变化情况，分析了相关因素的敏感性；同时，根据该桥结构特点，提出了有效控制大桥后期可能出现的跨中过量下挠的箱内体外预应力方法。

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1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究进展

1.3 主要研究内容

2 大跨度连续梁桥施工控制

2.1 桥梁概况

2.2 大跨度连续梁桥施工控制方法

2.3 主桥施工控制仿真分析

2.4 大跨度连续梁桥线形控制

2.5 大跨度连续梁桥应力控制

2.6 本章小结

3 混凝土箱梁早期裂缝研究

3.1 早期裂缝的产生及检测

3.2 箱梁混凝土早期力学性能测试

3.3 钢纤维混凝土箱梁早期温度场测试

3.4 建立有限元模型

3.5 混凝土箱梁早期温度场分析

3.6 混凝土箱梁早期应力场分析

3.7 冬季养护温差对早期裂缝的影响

3.8 混凝土早期温度裂缝的处治

3.9 本章小结

4 大跨连续梁桥过量下挠分析

4.1 大跨径PC梁桥过量下挠

4.2 混凝土收缩徐变对连续梁桥过量下挠的影响

4.3 预应力损失对连续梁桥过量下挠的影响

4.4 梁体开裂对连续梁桥过量下挠的影响

4.5 恒载作用对连续梁桥过量下挠的影响

4.6 大跨连续梁桥过量下挠的控制

4.7 本章小结

5 结论与展望

5.1 本文研究结论

5.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果