体外预应力桥梁关键部位典型构造形式及其配筋研究

摘要

转向块和锚固块是体外预应力结构的关键部位，它们的构造和受力较为复杂，其配筋方法在国内外还没有系统研究成果可供使用。因此对转向块和锚固块的构造形式和配筋方法进行研究具有一定的理论意义和重要的工程价值。 本文以拉压杆理论和有限元数值方法为基础，紧密结合湖南省澧潭高速公路第12标白马垄高架桥和西部开发省际公路通道重庆绕城公路南段新滩大桥(右半幅)的实际工程。围绕转向块和锚固块的典型构造形式及其配筋开展研究工作，归纳提出了转向块和锚固块的典型构造形式，转向块和锚固块的配筋方法和步骤，得到了一些结论。本文做出的有特色的工作如下：①总结了体外预应力转向块和锚固块的主要类型的构造、受力特点、大体设计原则，归纳出了转向块和锚固块的典型构造形式。②对典型构造形式的转向块和锚固块，进行有限元线弹性应力分析和空间拓扑优化分析，得到转向块和锚固块的主应力分布云图和主应力矢量迹线以及空间拓扑优化结构。③提出转向块在结构上具体化的优化措施。④建立了典型构造转向块和锚固块设计的拉压杆模型。根据美国ACI-318-05的混凝土结构规范由平衡条件算出杆件内力，得到典型构造转向块和锚固块的配筋设计结果和转向块受压区的承压安全性评价。并提出相应的设计建议。⑤运用ANSYS有限元软件进行按拉压杆模型法配筋后考虑体外预应力钢管的典型构造转向块和环向箍筋应力分析。⑥采用国内新老桥规、建筑规范、美国规范分别计算分析了典型构造体外预应力锚固区的抗裂性和承压强度。⑦采用三种有限元分析模型进行典型构造锚固块的应力分析，分别考虑角钢、钢垫板、体外预应力钢管、钢筋网和分布钢筋对锚固块受力的影响。 本文的主要创新点：①创新性地将弹性应力法和拓扑优化法相结合建立了体外预应力典型构造转向块的拉压杆模型，成功地将拉压杆模型法用典型构造转向块和锚固块的配筋设计。并通过配筋后的转向块和锚固块的有限元分析证明按拉压杆模型法配筋设计的合理可行性。②在体外预应力锚固块与主梁相接部位设置角钢有效地解决了这一位置由于大吨位张拉力引起的应力集中现象。

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文摘

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第一章绪论

第二章转向块和锚固块的典型构造和受力特点

第三章典型构造转向块和锚固块的线弹性应力分析

第四章典型构造转向块和锚固块的拉压杆模型配筋法

第五章配筋后典型构造转向块的有限元分析验算

第六章配筋后典型构造锚固块有限元分析与局压验算

结论

参考文献

致谢

附录A