单箱八室变截面波纹钢腹板PC箱梁桥试验及相关问题研究

摘要

波纹钢腹板PC组合箱梁桥经过数十年的发展，其形式逐渐从等截面到变截面，从单箱单室到单箱多室，但国内外针对单箱多室变截面波形钢腹板PC组合箱梁桥在预应力及荷载作用下的真实受力情况研究还相对较少，本文依托郑州市南三环东延线-107辅道工程，对单箱八室变截面波纹钢腹板PC组合箱梁桥进行实桥试验，并建立有限元模型，分析讨论其受力性能，并重点研究了其预应力施加效率以及波纹钢腹板剪力分配规律问题，以下为主要研究及结论:
　　1.建立精细化的Midas/FEA有限元模型，计算得到预应力及荷载作用下的结构基本力学性能，将实测值、有限元结果及理论计算结果对比分析，得出在各工况作用下实测值与有限元值较为吻合，与理论结果也较为接近。
　　2.对比同一截面两个不同阶段底板正应力值表明，施加体内预应力阶段所产生应力均比体外预应力阶段高。在体内预应力阶段，跨中截面底板施加的有效预应力较高;在体外预应力阶段，跨中截面与1/4截面底板施加的有效预应力较高。通过实测与计算得到在体内预应力作用下，各截面预应力施加效率为0.81～0.96;在体外预应力作用下，各截面预应力施加效率为0.80～0.92。
　　3.在体内及体外预应力作用下，4个截面中跨中截面各腹板剪应力分布差异最大，端部截面、1/4截面次之，3/4截面最小。在对称荷载作用下，加载截面的加载区域腹板承担剪力较大且较平均，中侧7道腹板承剪平均在12％～13％左右，边侧腹板承剪在4％～6％之间，最大剪力分配系数Cτ平均在1.21左右;在偏心荷载工况作用下，加载截面的加载区域腹板承担总腹板剪力90％以上，最大剪力分配系数Cτ均在为3.0以上。在对称及偏载作用下，腹板剪力都具有从加载截面向非加载截面逐渐均衡的趋势。整体来看，对称荷载作用下，加载截面梁段和非加载截面梁段的不同波纹钢腹板剪应力分布存在差异，但差异较小;偏载作用下，加载截面梁段和非加载截面梁段的不同波纹钢腹板剪应力分布存在差异较大的情况。
　　通过以上实测与研究的结论可为类似工程的设计提供相应的参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 传统预应力混凝土箱梁特点

1．2 波纹钢腹板PC组合梁桥的特点

1．2．1 波纹钢腹板PC组合梁桥简介

1．2．2 波纹钢腹板PC组合梁桥优势

1．2．3 波纹钢腹板PC组合梁桥发展

1．3 波纹钢腹板PC组合箱梁桥设计

1．3．1 波纹钢腹板PC组合箱梁桥截面选型

1．3．2 波纹钢腹板的设计

1．3．3 波纹钢腹板PC组合箱梁桥端部连接及组合腹板段

1．3．4 横隔板的设置

1．3．5 体内、体外预应力筋的设置

1．3．6 波纹钢腹板组合箱梁轴向刚度

1．3．7 波纹钢腹板剪切屈曲

1．4 国内外研究现状

1．4．1 波纹钢腹板技术国内外研究现状

1．4．2 单箱多室箱梁国内外研究现状

1．4．3 预应力施加效率研究现状

1．4．4 腹板剪力分配规律研究现状

1．4．5 现有研究的不足

1．5 本文主要研究内容

2 单箱八室波纹钢腹板PC组合箱梁桥有限元模拟

2．1 依托工程概况

2．1．1 设计技术标准

2．1．2 主梁构造

2．1．3 材料属性

2．2 Midas／FEA有限元模型

2．2．1 混凝土顶、底板模型

2．2．2 波纹钢腹板的模拟

2．2．3 横隔板及混凝土组合段的模拟

2．2．4 体内预应力筋的模拟

2．2．5 体外预应力筋的模拟

2．2．6 梁端约束

2．3．1 体内预应力作用下

2．3．2 体外预应力作用下

2．4 小结

3 单箱八室波纹腹板PC组合箱梁桥试验及预应力施加效率分析

3．1 试验目的

3．2 试验方案

3．2．1 控制截面选择

3．2．2 测点布置

3．2．3 预应力索布置及张拉控制参数

3．3 试验设备及安装

3．3．1 试验设备

3．3．2 试验设备安装

3．3．3 设备安装照片

3．4 实测数据分析

3．4．1 结构竖向位移

3．4．2 混凝土顶板正应力

3．4．3 应力实测结果与有限元对比分析

3．4．4 混凝土底板正应力

3．4．5 波纹钢腹板剪应力

3．5 预应力施加效率分析

3．5．1 预应力施加效率问题

3．5．2 体内预应力施加效率

3．5．3 体外预应力施加效率

3．6 小结

4 单箱八室波纹钢腹板PC组合箱梁桥剪力分配规律

4．1 各腹板剪力分配规律问题

4．2 预应力作用下腹板剪应力分配规律分析

4．3 静力荷载作用下腹板剪应力分析

4．3．1 静载试验车辆要求

4．3．2 静载试验荷载工况

4．3．3 静载试验现场实施

4．3．4 腹板剪应力数据

4．3．5 静载试验实测值与有限元对比

4．3．6 静载作用下腹板剪应力分配规律分析

4．4 小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

个人简介及科研状况

致谢