节段预制拼装桥梁适用条件及若干关键技术研究

摘要

节段预制拼装混凝土桥梁具有施工进度快、环境干扰小、成型质量好、减少全寿命周期成本等特点，近年在国内逐渐被采用，然而该技术的合理适用条件缺少详细研究，本文通过论述典型的节段预制拼装施工特点、分析影响设计方案选择的因素，研究预制节段拼装技术的合理应用范围，提出桥梁方案的比选方法。此外，本文还研究键齿接缝的抗剪性能、节段匹配水化热变形等关键技术，具体如下:
　　(1)以南京长江四桥引桥、苏通大桥引桥为背景工程，论述逐跨拼装、对称悬臂拼装的具体施工步骤，分析影响逐跨拼装、对称悬臂拼装适用的因素，总结两种施工方法的各自适用范围。
　　(2)论述节段预制拼装桥梁的技术经济合理性，列出影响桥梁设计施工方案选择的主要因素包括桥梁总长、跨径、桥位条件、运输条件、造价、工期、质量、长期成本等，同时给出节段拼装适用的条件。阐述桥梁的全寿命周期成本定义及计算方法，进行了几个典型跨径桥梁采用不同施工方法、不同规模下的建设期成本对比。
　　提出一种引入权重系数的定量化分析方法，通过对影响因素及其指标评分，引入权重系数合成总评分，以此对不同设计施工方案进行比选，计算公式体现了单位成本对应建造性能的概念。以南京长江四桥南引桥为依托，用此方法比较了两个不同桥位条件下的拼装方案、现浇方案、移动模架的适用性。
　　(3)考虑键齿高度方向竖向应力(σy)和剪应力的非均匀分布特征，基于单键齿应力圆分析和塑性内力重分布，推导了干接缝、胶接缝的直剪破坏承载力公式，并进而推导了接缝面弯剪破坏的承载力公式。通过与既有试验结果对比，表明理论公式具有较好的计算精度。对于多键齿接缝，通过引入折减系数考虑多键齿效应
　　(4)通过有限元热分析，研究了箱梁节段匹配预制过程中的水化热效应。定量分析了预制浇筑段水化热传导至匹配段，所引起的匹配段箱梁“弓形变形”，研究了箱梁宽长比、水泥类型、环境条件等因素对弓形变形的影响规律。此外，还讨论了节段弓形变形对全桥整体受力行为的影响。
　　(5)总结节段预制拼装桥梁设计参数选择，包括材料选择，承载力计算方法，箱梁基本尺寸参数，节段划分，体内、体外预应力束的布置和分配比例，剪力键、锚固齿块、转向块的尺寸参数、布置位置和普通钢筋配置。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 节段预制拼装桥梁在国内外的应用与研究现状

1．2．1 应用现状

1．2．2 国内外研究现状

1．2．3 节段预制拼装桥梁有待深化研究的若干问题

1．3 本文研究内容

第2章 混凝土桥梁节段预制拼装方法及适用范围

2．1 节段预制拼装桥梁的分类

2．2 逐跨拼装

2．2．1 背景工程

2．2．2 施工步骤

2．2．3 适用范围

2．3 悬臂拼装

2．3．1 背景工程

2．3．2 施工步骤

2．3．3 适用范围

2．4 本章小结

第3章 节段预制拼装桥梁的经济技术比选

3．1 节段预制拼装桥梁的技术和经济优势

3．1．1 技术合理性

3．1．2 经济优势

3．2 影响节段拼装方案选择的主要因素

3．3 桥梁的全寿命周期成本

3．4 节段预制拼装与其他方案的建设期成本对比

3．4．1 跨径50m连续刚构桥拼装与其他方案成本对比

3．4．2 跨径65m连续刚构桥拼装与其他方案成本对比

3．4．3 跨径75m连续刚构桥拼装与现浇施工成本对比

3．5 节段预制拼装与其他方案的全寿命周期成本对比

3．6 混凝土梁桥设计施工方案比选方法

3．7 设计施工方案定量化比选方法的应用算例

3．8 本章小结

第4章 键齿接缝抗剪性能研究

4．1 引言

4．2 国内外节段接缝抗剪承载力试验

4．3 既有节段接缝抗剪承载力计算公式及理论

4．4 键齿接缝破坏研究

4．5 干接缝直剪破坏承载力推导

4．6 胶接缝直剪破坏承载力

4．7 键齿接缝面弯剪破坏承载力

4．7．1 干接缝弯剪破坏承载力

4．7．2 胶接缝弯剪破坏承载力

4．8 本文公式与既有试验结果对比

4．9 本章小结

第5章 箱梁节段匹配预制阶段的水化热影响分析

5．1 箱梁匹配预制过程中混凝土水化热影响

5．2 箱梁混凝土水化热效应分析的理论基础

5．3 节段匹配水化热影响分析

5．3．1 有限元模型

5．3．2 材料参数

5．3．3 边界条件

5．3．4 温度梯度分析

5．3．5 变形分析

5．4 节段匹配变形影响因素分析

5．4．1 宽长比w／l

5．4．2 水泥类型

5．4．3 环境因素

5．5 节段匹配变形对整体结构的影响

5．5．1 有限元模型

5．5．2 节段匹配变形对整体刚度的影响

5．5．3 节段匹配变形对整体应力状态的影响

5．5．4 节段匹配变形对干接缝节段拼装梁桥的影响

5．6 本章小结

第6章 节段预制拼装混凝土桥梁的设计参数选择

6．1 材料

6．1．1 混凝土

6．1．2 体外预应力

6．1．3 环氧树脂粘结剂

6．2 承载力计算

6．2．1 分析方法

6．2．2 荷载

6．2．3 允许应力

6．2．4 承载能力计算

6．2．5 拉压杆模型计算

6．2．6 转向块计算

6．3 箱梁

6．3．1 箱梁的构造尺寸

6．3．2 箱梁节段

6．4 预应力

6．5 关键构造

6．5．1 剪力键

6．5．2 转向构造

6．5．3 体外预应力锚固区

6．6 本章小结

第7章 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢