大跨径连续刚构桥箱梁腹板受力状态研究

摘要

自改革开放的三十多年来,箱型截面梁在我国大跨径的连续梁和连续刚构桥梁结构中得到广泛的应用,但在预应力混凝土箱梁桥的施工和运营过程中,相当一部分的箱梁出现了裂缝,其中腹板的开裂现象最为严重。裂缝的出现对结构的安全性、耐久性和行车舒适性等都产生了不利的影响,所以对连续梁及连续刚构桥箱梁腹板的受力状态的研究十分必要。本文从理论分析计算及试验测试两方面对腹板在施工阶段及运营阶段的受力状态进行了研究。
　　(1)在平面应力状态下,依据主应力计算公式确定影响腹板主应力的因素,分别探讨各个影响因素对腹板主应力的敏感性。分析竖向预应力对腹板主应力的作用机理,理论上推导在单根竖向预应力筋和多跟竖向预应力筋的作用下,腹板竖向正应力的计算公式,得出腹板的竖向正应力与力筋的大小、腹板的宽度及竖向扩散规律等有密切关系。
　　(2)依托包茂高速上的某连续刚构桥,在腹板上、中、下各埋设应变花,对腹板应力在施工阶段进行监测,研究腹板截面上同一点的应变及应力在不同的施工阶段的变化规律。将实测数据和理论计算结果进行比较,分析差异产生的原因,提出一些在施工阶段应该注意的事项。
　　(3)通过对主应力轨迹线绘制方法的研究,采用连线近似法绘制连续刚构桥的主应力轨迹线。查看轨迹线的形状及走向,验证了腹板中配置腹板下弯束和竖向预应力筋的必要性,对于减小主拉应力,抵抗腹板开裂效果非常的显著,对于进一步优化腹板配筋具有积极意义。
　　(4)多数专家学者认为竖向预应力筋对于提高腹板主应力储备有显著作用,文章重点研究对比了成桥运营阶段,在公路Ⅰ级移动荷载作用下,设置竖筋、竖筋加载设计值的50％和不设置竖筋这三种工况下的腹板主拉应力,得出竖向预应力筋对于箱梁腹板主拉应力的影响程度。
　　(5)本文列出了几种改善腹板受力状态的有效措施,主要从优化截面形式和预应力筋的设置两方面考虑,介绍了增长腹板厚度过渡区段和腹板内增设桁架式劲性骨架两种截面优化措施;同时介绍了倾斜布置竖向预应力筋和将较长的纵向预应力筋分段进行锚固两种优化预应力筋的设置的有效措施,理论上这几种方法都能有效改善腹板受力状态,在实际工程设计中还有待于验证。

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第一章 绪 论

1.1概述

1.2研究背景及意义

1.3国内外研究现状

1.4大跨径连续刚构桥腹板设计研究存在问题

1.5本文主要研究内容及技术路线

第二章 大跨径连续刚构桥箱梁腹板受力机理

2.1腹板主拉应力的计算公式

2.2腹板裂缝相关研究

2.3箱梁腹板在竖向预应力作用下的受力状态研究

2.4小结

第三章 大跨径连续刚构桥箱梁腹板空间有限元分析

3.1连续刚构桥有限元模型建立

3.2箱梁腹板受力敏感性分析

3.3依托工程试验测试

3.4理论结果和试验结果分析

3.5主应力轨迹线的研究

3.6小结

第四章 竖向预应力筋对箱梁腹板主应力的影响分析

4.1连续刚构桥空间有限元模型及荷载工况

4.2各种荷载工况下腹板主拉应力

4.3小结

第五章 改善箱梁腹板受力状态措施研究

5.1截面形式的优化设计

5.2预应力筋的优化

5.3其它措施

5.4小结

结论与展望

参考文献

致谢