CFCC体外预应力简支梁桥实桥试验研究

摘要

CFRP作为一种新兴材料,由于其材料力学性能上有着众多的优势,将其作为加强筋代替钢筋运用于土木工程成为一种发展方向。论文结合国内首座CFCC(Carbon Fiber Composite Cable)筋体外预应力桥梁的科研试验。对实际桥梁进行了各方面的理论探索研究,有效地保障了指导该桥的设计、施工和建设的顺利进行。 论文首先结合有限元法对CFCC体外预应力桥梁的体外预应力分批张拉损失、正常使用阶段下外荷载的体外索的预应力增量、温度变化引起的梁体和CFCC索之间产生的温度次内力等关键问题进行系统分析研究,通过研究这种混凝土粱-CFCC体外索系统的温度变化规律,制定科学合理的张拉方案；另外,通过基于E.Ressner假设的变分法求得剪力滞的基本微分方程,结合空间实体有限元系统分析简支粱桥的剪力滞效应分布规律及各种影响因素。并利用变分法对何圩桥的有效分布宽度进行计算,并同规范的计算值进行对比分析。对规范中筒支粱桥的有效分布宽度进行科学评价；此外,针对何圩桥部分预应力的情况,结合有限元分析提出一种折减刚度的简化计算方法,对跨中开裂区域截而各测点的受力特点进行简化估计，通过试验对比分析验证,该方法具有较好的精度。 通过对比分析桥梁建设过程中理论和实验数据。对桥梁各施工阶段中桥梁受力状态,以及成桥试验中桥梁的整体刚度、CFCC索同粱体之间的协同工作状况。试验数据表明试验桥梁的各种静动力特征满足要求。论文的研究成果可为今后CFRP体外索桥粱的运用提供有价值参考。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1 预应力技术

1.1.1预应力技术发展史

1.1.2预应力混凝土的概念及分类

1.1.3预应力混凝土结构的类型

1.1.4体外预应力混凝土桥梁的发展

1.1.5体外预应力的优缺点

1.1.6体外预应力桥梁的国内外现状

1.2FRP类材料的介绍

1.2.1FRP材料介绍

1.2.2FRP筋材的分类

1.2.3 FRP筋的优缺点

1.2.4 FRP筋在桥梁工程中的运用

1.3研究背景

1.4主要研究内容

参考文献

第2章体外预应力简支梁受力理论计算

2.1概述

2.2体外预应力桥的受力特点

2.3体外预应力分批张拉损失

2.3.1预应力梁段的轴向压缩及转角导致的预应力损失

2.3.2锚固横梁变形导致的损失（空间效应）

2.3.3粱的挠度及转角造成的预应力损失（二次效应）

2.4外荷载作用下的体外预应力增量

2.5剪力滞效应

2.5.1剪力滞的的概念

2.5.2变分法求解剪力滞

2.6温度对CFRP体外预应力索的影响

2.7考虑折减刚度的简化计算方法

2.7.1开裂后梁体受力特性变化

2.7.2基本假定

2.7.3计算方法

2.7.4存在的问题

2.8本章小结

参考文献

第3章体外预应力简支梁受力有限元分析

3.1有限元的发展

3.2本文有限元分析手段

3.2.1 ANSYS有限元软件的介绍

3.2.2 ANSYS各种单元的特点

3.2.3仿真模型的建立

3.3剪力滞效应的分布规律

3.3.1截面正应力分布

3.3.2剪力滞纵向分布规律

3.3.3剪力滞影响因素

3.3.4有效分布宽度的计算

3.4考虑折减刚度的算例

3.5模态分析

3.6本章小结

参考文献

第4章何圩桥现场试验

4.1试验仪器

4.1.1振弦式传感器

4.1.2电阻式传感器

4.1.3二次仪表

4.2主梁浇注过程的试验

4.2.1埋入仪器的布设

4.2.2主梁浇注

4.3张拉过程中的试验

4.3.1试验准备阶段

4.3.2张拉阶段

4.4期恒载中的试验

4.5荷载试验

4.5.1静载试验

4.5.2动载试验

4.6本章小结

参考文献

第5章试验结果对比分析

5.1各测量点的位置

5.1.1应变计测点

5.1.2应变片测点

5.2自重阶段

5.2.1落架后各关键截面应力增量

5.2.2重力作用下的剪力滞效应

5.3预应力张拉阶段

5.3.1何圩桥施工张拉方案

5.3.2关键截面应力增量

5.3.3纵向正应力的横向分布规律

5.3.4分批预应力损失

5.3.5关键截面竖直挠度及梁体水平压缩

5.4二期恒载阶段

5.4.1关键截面应力增量

5.4.2体外预应力索力增量

5.5温度变化引起的索力变化

5.6荷载试验

5.6.1静载试验

5.6.2动载试验

5.7本章小结

参考文献

第6章结论与展望

6.1 研究结论

6.2有待进一步研究的问题

作者简历

致谢