预应力混凝土箱梁拓宽结构计算理论研究

摘要

随着公路桥梁工程的不断发展,越来越多的预应力混凝土箱梁桥需要进行拓宽。而目前国内外对预应力混凝土箱梁拓宽的研究很少,须对其拓宽后由车辆荷载、混凝土收缩徐变和支座相对沉降引起的结构内力和变形进行深入研究,为预应力混凝土箱梁桥的拓宽设计提出合理建议。 主要研究内容和成果如下： 1)基于箱梁理论对拼接后的新旧混凝土箱梁组成截面的几何特性作了进一步研究,将钮玛克数值法推广应用到简支和连续箱梁的新旧组成截面的横向受力分析中。由钮玛克数值法先计算出新旧箱梁之间的相对挠度和相互作用力,解决新旧箱梁之间的荷载横向分配问题,进而将新旧箱梁分离开来,然后分别求解得到新旧箱梁的内力和变形。 2)根据新旧箱梁荷载横向分配计算理论,对拼接后新旧箱梁组成截面进行受力分析,表明新、旧箱梁的刚度和新旧箱梁之间连接板的刚度是影响新旧箱梁之间荷载横向分配的主要因素,通过改变新箱梁和中间连接板的刚度,可以调整拼接后新旧组合箱梁的横向受力。 3)提出了采用代数法计算新旧混凝土箱梁组成截面的混凝土收缩徐变的方法。由于混凝土收缩和预应力作用使拼接后的箱梁发生水平面内的弯曲变形,而自重、混凝土收缩和预应力的偏心作用使拼接后的箱梁发生竖直面内的弯曲变形,可以将新箱梁混凝土的收缩徐变效应分解为水平面内和竖直面内的作用之和分别计算。该法力学概念清晰,计算简便,可供初步设计使用。 4)修正了逐步增量法中混凝士收缩徐变递推公式,使该递推公式可用于计算每个计算步长内混凝土收缩约束应力的徐变作用,也可应用于每个计算步长内混凝土应力和弹性模量为变值的情况,从而可以减少递推叠加的次数,提高计算精度并加快程序计算速度。 5)分别采用代数法和有限条逐步增量法对新旧箱梁拼接后的混凝土收缩徐变效应进行分析,结果表明新旧箱梁的高度、新旧箱梁之间连接板的厚度与宽度和拼接后桥梁所处环境的RH值对新旧箱梁的竖向挠度值和拼接处的纵向应力均有较大影响。研究提出新梁混凝土的龄期为3～6月时进行新旧混凝土箱梁拼接对工程有重要的参考价值。 6)提出新旧箱梁基础沉降的合理计算图式,采用钮玛克法对新旧箱梁支座相对沉降引起的附加内力进行研究,表明箱梁的腹极高度、底板宽度和中间连接板的宽度、厚度对上部结构的附加内力和变形影响较大。根据不同拼接构造措施下上部结构所能承受的最大基础沉降值,提出新、旧桥梁基础沉降差容许值概念,对拼接后新箱梁的基础沉降量进行控制。现场长期监测结果和理论分析结果表明,将新、旧桥梁的基础沉降差控制在容许值范围内是完全可能的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1前言

1.2国内外研究现状

1.2.1新旧桥梁拼接研究

1.2.2混凝土的长期效应研究

1.2.3新旧桥梁基础沉降研究

1.3对桥梁拓宽研究的总结

1.4论文研究的主要内容

第2章新旧箱梁的荷载横向分配计算研究

2.1概述

2.1.1新旧箱梁组成截面的横向受力分析

2.1.2新旧箱梁组成截面的横向扭转分析

2.2基于箱梁理论的新旧箱梁组成截面扭转几何特性研究

2.2.1新旧箱梁组成截面的扭转几何特性

2.2.2新旧箱梁组成截面的自由扭转

2.2.3新旧箱梁组成截面的约束扭转

2.2.4新旧拼接箱梁桥的扭转计算

2.3新旧拼接箱梁的荷载横向分配

2.3.1受力模型简化

2.3.2弹簧刚度的确定

2.4纽玛克数值解法

2.4.1共轭梁法

2.4.2纽玛克数值法

2.4.3变截面连续梁挠度的钮玛克法求解

2.4.4具有集中弹簧支承的梁的钮玛克法求解

2.5算例

2.5.1算例1

2.5.2算例2

2.6小结

第3章新旧箱梁拼接后的横向受力参数分析

3.1新旧箱梁拼接截面的基本特性

3.1.1箱梁扭转特性参数

3.1.2连接板截面形式

3.1.3新旧箱梁之间的横隔板

3.2新旧箱梁的荷载横向分配

3.3新旧箱梁的挠度

3.3.1新旧箱梁之间连接板变形引起的相对挠度差

3.3.2新旧箱梁刚性扭转引起的挠度差

3.4小结

第4章新旧混凝土箱梁拼接的收缩徐变效应分析研究

4.1收缩徐变代数法求解

4.1.1水平面内的弯曲计算

4.1.2竖直面内的弯曲计算

4.2算例

4.3小结

第5章新旧箱梁拼接的收缩徐变有限条计算理论

5.1有限条计算理论

5.1.1平面刚度矩阵

5.1.2挠曲刚度矩阵

5.1.3箱梁条元刚度矩阵的组成

5.1.4箱梁条元的节线荷载

5.1.5坐标系统转换

5.1.6条元应力计算

5.2收缩徐变有限条方法分析

5.2.1收缩徐变的应力应变

5.2.2徐变效应的位移法基本方程

5.2.3预应力等效结点荷载计算

5.2.4收缩徐变的增量法分析

5.3混凝土收缩徐变有限条程序设计

5.4算例

5.4.1程序考证及分析实例

5.4.2算例

5.5小结

第6章新旧箱梁拼接时混凝土龄期及其它影响因素的分析

6.1拼接时新梁的混凝土龄期

6.2新旧箱梁的截面特性

6.2.1新箱梁的梁高

6.2.2新旧箱梁之间连接板的厚度

6.2.3新旧箱梁之间连接板的宽度

6.3环境年平均相对湿度RH

6.4小结

第7章新箱梁桥墩支座处沉降差研究

7.1桥墩支座处沉降

7.1.1桩基础的自由沉降

7.1.2墩柱的收缩徐变变形

7.1.3新旧主梁支座的沉降差

7.2新旧箱梁之间由支座沉降差引起的内力

7.2.1支座处内力

7.2.2梁跨内力

7.3新旧箱梁支座相对沉降内力的参数分析

7.3.1箱梁截面尺寸

7.3.2中间连接板截面尺寸

7.4新旧箱梁相对沉降控制研究

7.4.1确定方法

7.4.2工程控制对策

7.5小结

第8章结论

8.1研究内容和结论

8.2需要进一步研究的问题

参考文献

在读期间发表论文情况

致谢