PC箱梁竖向预应力张拉工艺优化及锚下应力控制标准研究

摘要

PC箱梁中竖向预应力体系提供竖向预压力，减小腹板主拉应力，从而达到防止腹板开裂的目的。但是，腹板开裂现象并未彻底遏制，严重影响着桥梁结构正常使用性能及耐久性。当前，针对竖向预应力的研究多集中在作用机理、设置方式、损失计算理论、机具设备等方面，就施工工法，尤其竖向预应力张拉时机、张拉工艺、锚下应力控制标准尚缺乏深入研究。本文依托陕西省交通运输厅科技项目“基于全寿命周期的大跨径连续刚构桥梁关键技术研究”，以某特大桥为背景工程，着重研究竖向预应力张拉对腹板力学行为影响、张拉工法对腹板应力状态影响以及施工中对于锚下有效应力控制标准。主要研究工作如下：
　　（1）采用ANSYS仿真模拟研究竖向预应力张拉对腹板抗裂性能及开裂后腹板力学行为影响，得出竖向预应力张拉不仅可以显著提高腹板抗裂性能，还能明显提高腹板开裂后刚度，减缓裂缝的延伸及挠度的增长。同时，竖向预应力的张拉使腹板裂缝的形态有别于未张拉时斜裂缝的“受力点与支点连线”方向，与主梁走向呈45°。
　　（2）采用ANSYS生死单元对竖向预应力施工过程进行仿真模拟，在箱梁腹板纵向正应力一定的前提下，分析整体张拉、分段张拉、滞后张拉对腹板受力影响，得出滞后两个梁段张拉竖向预应力腹板应力状态与整体张拉基本一致，最大竖向压应力仅比整体张拉大2.7％，较分段张拉减小32.3%，具备工程实用价值。
　　（3）在背景桥梁腹板裂缝多发位置处竖向预应力钢筋锚下埋设穿心式压力传感器，采集桥梁全寿命周期内锚下有效应力，以实测数据作为初始序列建立竖向预应力损失灰色预测GM(1,1)模型并做基于不等步长的模型修正。得出竖向预应力长期损失占初始张拉力7.92%的结论，建议竖向预应力施工中锚下应力控制应在公路桥规计算竖向预应力钢筋预压力产生混凝土压应力0.6倍折减系数的基础上，考虑长期损失的影响，以不小于设计张拉力0.7倍为宜。
　　本文研究成果为竖向预应力施工及无损检测提供理论依据和参考，规范竖向预应力施工技术，对PC混凝土箱梁竖向预应力体系应用发展具有重要的理论意义及实用价值。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2竖向预应力应用及研究现状

1.3目前存在问题

1.4本文研究内容及方法

第二章 竖向预应力作用机理研究

2.1箱梁腹板应力分析

2.2竖向预应力对腹板主拉应力影响

2.3竖向预应力对腹板剪应力影响

2.4竖向预应力对开裂腹板力学性能影响

2.5 小结

第三章 竖向预应力对腹板抗裂性能影响研究

3.1腹板开裂建模思路

3.2有限元模型建立

3.3竖向预应力对斜裂缝分布发展影响

3.4竖向预应力对腹板力学行为影响

3.5小结

第四章 竖向预应力张拉对腹板应力状态影响研究

4.1依托桥梁概况

4.2有限元模型建立

4.3预应力张拉时机对腹板受力影响分析

4.4二次张拉对竖向预应力效应影响分析

4.5小结

第五章 基于长期损失预测的竖向预应力控制标准研究

5.1灰色系统理论及预测原理

5.2实桥监测系统建立

5.3锚下应力控制标准研究

5.4工程实例分析

5.5小结

第六章 结论与展望

1本文研究成果与结论

2进一步研究工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢