拉压杆理论及其在预应力缺陷桥梁中的应用研究

摘要

随着我国高速公路建设的蓬勃发展，桥梁建设进入了前所未有的高潮时期。大跨径预应力混凝土连续箱梁桥在近二三十年来得到了广泛应用，在国内外桥梁中占有很大的比例，具有抗扭刚度大、整体性好、能承受正负弯距、施工方法成熟且易为工程单位掌握等优点。但是，在已建成的桥梁中，有相当数量的预应力混凝土连续梁桥在施工过程中或使用过程中出现大量的病害。其中最为普遍和严重的便是桥梁裂缝问题，已经严重影响了桥梁的正常使用，成为工程界亟待解决的问题。由于缺陷桥梁出现的病害种类和原因众多，为更加具体有效的分析缺陷桥梁的病害成因，本文只重点对桥梁裂缝问题加以深入研究。 拉压杆模型计算方法起源于桁架模型，拉压杆模型在欧美国家作为混凝土结构计算工具应用较广，该模型抓住了结构受力本质，使得拉压杆模型方法受力概念明确，易于理解掌握，已逐渐在欧美各国规范和工程中采用，其应用与发展的潜力巨大，国内则还缺少这方面的深入研究。本文系统分析了该模型的理论依据与应用现状，尝试研究其在预应力缺陷桥梁中的应用。 同时结合当前出现在桥梁工程中的结构裂缝的现状，详细分析了混凝土桥梁裂缝的基本成因，为后面的实桥病害分析提供了理论依据。 然后通过随机摄动遗传算法对已出现严重缺陷的某预应力连续梁桥进行参数识别，利用弯斜桥程序-WxQ建模进行计算，利用计算结果分析该缺陷梁桥在成桥状态下的受力状况，探讨其出现病害的主要原因。 最后将拉压杆模型与有限元计算结果相结合，初步探讨如何将拉压杆模型应用于预应力连续梁，提出了应用于预应力连续梁桥局部分析的基本方法，并对该缺陷梁桥局部建立拉压杆模型，通过计算、分析，验证了拉压杆模型应用于预应力缺陷桥梁的可行性，进一步确定了该桥出现病害的影响因素。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1研究背景

1.1.1拉压杆理论简介

1.1.2国内外缺陷桥梁概况

1.1.3对桥梁结构的功能及缺陷的认识

1.1.4桥梁裂缝问题

1.2问题的提出

1.3本文主要工作内容

第2章拉-压杆模型理论

2.1基本概况

2.2拉压杆模型法的设计思路和依据

2.3杆件与节点分类

2.3.1压杆

2.3.2拉杆

2.3.3节点

2.4压杆和节点区混凝土的破坏准则

2.5设计模型强度准则

2.6结构分区与建模方法

2.7拉压杆模型设计的主要步骤

2.8拉压杆模型设计时所用规范标准

2.9拉压杆模型在混凝土结构构件设计中的应用

2.9.1用于计算分析的拉压杆模型

2.9.2用于混凝土结构构造设计的拉压杆模型

2.10拉压杆理论的发展历程

2.11本章小结

第3章桥梁结构裂缝分析

3.1桥梁结构裂缝分析的目的和意义

3.2桥梁结构裂缝分析的一般步骤

3.3常规裂缝机理分析

3.3.1裂缝的基本概念

3.3.2混凝土结构的微观裂缝与宏观裂缝

3.3.3裂缝对混凝土构件的危害

3.3.4混凝土结构裂缝的处理原则

3.4裂缝机理的综合分析

3.5裂缝限值问题评估

3.6混凝土桥梁裂缝种类、成因

3.6.1荷载引起的裂缝

3.6.2温度变化引起的裂缝

3.6.3收缩引起的裂缝

3.6.4地基础变形引起的裂缝

3.6.5钢筋锈蚀引起的裂缝

3.6.6冻胀引起的裂缝

3.6.7施工材料质量引起的裂缝

3.6.8施工工艺质量引起的裂缝

3.7预应力混凝土桥梁裂缝的其它影响因素

3.7.1纵向预应力筋的影响

3.7.2竖向预应力对结构内力的影响

3.7.3顶板横向预应力

3.7.4非预应力钢筋布置的影响

3.7.5预应力损失

3.7.6箱梁截面尺寸

3.7.7孔跨布置

3.7.8剪力滞效应

3.7.9箱梁畸变

3.8本章小结

第4章实桥有限元建模分析

4.1实桥现状概况

4.2计算基本资料及分析图式

4.2.1主要技术标准

4.2.2主要材料的物理力学指标和设计参数

4.3主桥现状参数识别

4.3.1遗传算法的随机摄动法

4.3.2参数识别

4.4计算模型的建立

4.4.1计算模型

4.4.2计算结果分析

4.5病害成因的探讨

4.6本章小结

第5章拉压杆理论在预应力连续梁桥中的应用

5.1拉压杆理论在预应力结构中的应用概况

5.2预应力深梁的拉压杆模型

5.2.1对预应力深梁进行建模

5.2.2求Vn的步骤

5.3拉压杆模型用于分析连续梁桥的方法

5.3.1基本方法的提出

5.3.2等效及建模过程中所作基本假定

5.3.3等效预应力深梁拉压杆模型中，求Vn的公式与步骤

5.4实例应用及结果分析

5.4.1建立拉压杆模型所用到的基本数据

5.4.2计算及结果

5.4.3结果分析

5.5计算过程中所遇到的问题分析

5.6本章小结

注释

第6章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文