变截面PC箱梁桥底板纵向开裂机理分析及加固研究

摘要

交通是经济社会发展的先行官，桥梁正是交通发展的基础。预应力混凝土箱梁桥以其较大的跨越能力、良好的整体性等优点，广泛地应用于交通建设中。但由于设计、施工、管理等多方面原因，导致预应力混凝土箱梁桥在施工和运营期间，箱梁底板等位置容易出现裂缝，严重时会破坏桥梁的稳定性和使用年限，并增加维修成本。国内外学者对箱梁开裂原因做了大量研究工作，但多数是针对箱梁顶板裂缝的研究，而对底板纵向裂缝和横向受力分析还比较少。本文为探究箱梁底板纵向开裂机理及应采取的有效防治措施，以实际工程为背景，将理论与有限元分析相结合，对预应力混凝土箱梁底板纵向开裂因素进行参数分析，并结合现场试验结果，对桥梁加固效果进行了验证。本文主要工作如下： （1）本文从箱形截面梁裂缝的类型、部位和产生的根本原因出发，结合箱形截面理论，从预应力束径向力、合龙段高差及钢束折角效应、钢筋的设置等方面，分析了在施工和运营状态下预应力混凝土箱梁桥底板纵向裂缝的发生机理和箱梁底板发生纵向裂缝的主要因素。 （2）结合工程实例，应用桥梁结构分析有限元软件midas Civil，对工程实例建立了结构分析整体模型。通过整体结构计算，得到了桥梁在跨中合龙束张拉前后及成桥状态下的内力和应力分布规律，并为局部模型分析提供了边界条件。 （3）结合midas Civil整体计算结果，应用通用有限元软件ANSYS对桥梁跨中合龙段进行实体建模计算，对箱梁底板横向受力规律进行了分析；通过控制箱梁底板横向受力影响因素的方法，对箱梁底板横向受力进行了参数化分析，得出了各个参数对底板受力的影响效应。结果表明，混凝土自重引起的框架效应、底板纵向预应力产生的径向力大小、底板钢束张拉的时间、混凝土自身的泊松效应和施工中底板以直代曲而产生的节段折角效应等因素对底板混凝土横桥向的受力有着不可忽视的影响。 （4）通过对桥梁定期检查的数据分析，发现箱梁底板纵向裂缝发生最多，结合设计加固方案，对已加固的桥梁进行了有限元模拟分析。在有限元结构计算理论值与现场荷载试验数据比对分析的基础上，对桥梁的加固效果进行了评价。结果表明，所选加固方法对该桥有利，延长了桥梁的使用年限，为同类型桥梁的施工和加固提供了一定的借鉴价值。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 预应力混凝土箱梁的发展概况

1.3 预应力混凝土箱形桥的结构特点

1.3.1 预应力混凝土结构的特点

1.3.2 箱形截面的特点

1.4 研究现状及研究意义

1.4.1 预应力混凝土箱梁裂缝研究现状

1.4.2 混凝土箱梁桥裂缝防治意义及措施

1.5 本文主要研究内容

1.5.1 研究目标

1.5.2 研究内容

1.5.3 研究方法

第2章 PC箱梁桥底板纵向开裂因素分析

2.1 箱梁的理论计算分析

2.1.1 箱梁的弯曲正应力

2.1.2 箱梁的弯曲剪应力

2.1.3 箱梁的剪力滞效应

2.1.4 箱梁的横向内力

2.2 预应力混凝土箱梁桥底板纵向开裂因素探究

2.2.1 箱梁桥底板破坏形式

2.2.2 底板纵向裂缝的成因机理

2.3 本章小结

第3章 有限元理论及桥梁整体计算分析

3.1 有限元分析方法概述

3.1.1 有限元分析的基本原理

3.1.2 有限元分析一般过程

3.2 桥梁结构有限元分析

3.2.1 混凝土的本构模型

3.2.2 桥梁有限元建模分析

3.3 工程概况及桥梁有限元整体建模分析

3.3.1 工程概况

3.3.2 有限元整体建模

3.3.3 合龙束张拉的影响分析

3.3.4 成桥状态下内力及应力分析

3.3.5 移动荷载工况分析

3.4 本章小结

第4章 空间实体计算及底板横向受力参数影响分析

4.1 箱梁结构局部实体有限元建模

4.1.1 钢筋混凝土的模拟及单元选取

4.1.2 预应力的模拟

4.1.3 材料属性模拟

4.1.4 模型的建立

4.2 有限元局部模型计算

4.2.1 模型有效性验证

4.2.2 计算结果

4.3 箱梁底板横向受力参数影响分析

4.3.1 自重引起的横向框架效应影响

4.3.2 底板纵向预应力的影响

4.3.3 混凝土泊松效应的影响

4.3.4 张拉时机对底板受力的影响

4.3.5 相邻节段施工折角的影响

4.4 本章小结

第5章 预应力箱梁底板纵向裂缝加固措施研究

5.1 桥梁裂缝情况及加固方法

5.1.1 桥梁接缝调查

5.1.2 桥梁加固方法

5.2 箱梁底板加固有限元模拟

5.3 现场试验及结果分析

5.3.1 现场试验

5.3.2 结果分析

5.4 本章小结

第6章 结论和展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间获得的科研成果