预应力混凝土桥弯曲孔道有效预应力理论与试验研究

摘要

运营中的预应力混凝土连续梁桥或连续刚构桥,由于各种影响因素(如设计、施工、荷载、温度、材料以及自然灾害等),表现出不同类型、不同程度的病害(如成桥混凝土箱粱跨中下挠、箱梁纵向裂缝、混凝土腹板斜裂缝、结构局部损伤等),严重危及桥梁结构的生命周期。尽管存在许多方面的原因,但由桥梁结构设计理论的缺陷导致的有效预应力计算的不完善,是预应力混凝土箱梁开裂的主要原因。
　　本论文将理论分析、有限元模拟与试验研究相结合,对预应力混凝土梁桥预应力束和混凝土弯曲孔道之间的接触正压力做了较深入的研究。论文首先对预应力结构的概念进行了阐述,对预应力混凝土梁桥的发展史做了简要概述,并对预应力混凝土梁桥发展现状进行了描述。以接触理论分析为基础,提出了预应力束和混凝土弯曲孔道接触正压力分布的假设,并对各假设情况下的接触压力摩阻损失进行了比较。指出了现有有效预应力计算公式中各非连续弯曲孔道有效预应力不能等同于相同夹角的连续弯曲孔道所产生的有效预应力,而应该分别计算。以有限单元法接触理论为基础,利用大型通用有限元软件ANSYS建立有限元平面模型,指出了弯曲孔道接触压力从边界至中间呈从小到大的趋势,且接触边界处接触压力为零。对湖北省十堰至房县高速公路第6合同标段预应力混凝土T梁和武咸公路改造工程预应力混凝土箱梁进行了预应力束张拉试验,在其不同位置、不同张拉力下的纵向预应力束上粘贴应变传感器,在纵向预应力束张拉时,分别测试纵向预应力束应力变化,总结出沿程的预应力分布规律,进而分析弯曲孔道预应力束和混凝土之间的接触压力的分布规律。采用CT扫描技术对预应力束和混凝土弯曲孔道接触正压力分布规律进行了探讨,指出弯曲孔道预应力束和混凝土之间的接触压力与预应力束的弯曲角度和曲率半径的关系。
　　通过理论分析和试验数据的研究,本文得到如下结论:①弯曲孔道预应力束和混凝土间的接触压力呈中间大两边小的趋势,且接触边界处的接触压力为零。②弯曲孔道预应力柬和混凝土间的接触压力随着曲率半径的减小而迅速增大,设计弯曲孔道时应注意弯曲段的曲率半径不宜过小。③弯曲孔道预应力束和混凝土间的接触压力随弯曲角度的变化较小,但是由于弯曲角度的增大,高应力区也相应增大,致使预应力的损失也增大。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 预应力结构基本概念

1.2 预应力混凝土梁桥发展历史

1.2.1 国外预应力混凝土梁桥发展

1.2.2 我国预应力混凝土梁桥发展

1.3 预应力混凝土梁桥发展现状及最新进展

1.3.1 预应力结构新材料-混凝土

1.3.2 预应力结构新材料-预应力束

1.4 本文研究的目的

1.5 本文研究主要内容

第2章 现有预应力损失理论

2.1 预应力桥梁结构材料

2.1.1 预应力束

2.1.2 混凝土

2.1.3 预应力混凝土波纹管

2.2 现行桥梁预应力损失

2.2.1 预应力束与管道壁间摩擦引起的应力损失σ_(l1)

2.2.2 混凝土收缩和徐变引起的应力损失σ_(l6)

2.3 减小预应力损失的措施

2.4 小结

第3章 预应力弯曲孔道接触压力研究

3.1 概述

3.2 弯曲孔道有效预应力

3.3 弹性接触

3.3.1 赫兹接触理论

3.3.2 静荷载下的弹性接触

3.4 弯曲孔道接触压力

3.5 有限元接触分析

3.5.1 接触问题存在两个较大的难点

3.5.2 接触问题求解的一般过程

3.5.3 接触问题有限元

3.5.4 ANSYS接触分析功能简介

3.5.5 接触压力有限元分析

3.6 接触正压力分布假设

3.6.1 接触正压力分布假设

3.6.2 不同接触压力分布下的摩阻损失

3.7 结论

第4章 预应力损失试验研究

4.1 工程背景

4.1.1 试验概况

4.1.2 试验数据

4.1.3 数据处理

4.2 工程背景

4.2.1 试验对象

4.2.2 试验步骤

4.2.3 试验数据处理

4.2.4 数据分析

4.3 CT扫描技术

4.3.1 CT扫描技术发展

4.3.2 CT扫描试验

4.3.3 数据处理

4.4 小结

第5章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 论文研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文