竖向预应力作用下箱梁腹板的受力机理研究

摘要

本文回顾了预应力混凝土（Prestressed Concrete，PC）箱梁桥腹板开裂的工程现状，归纳分析了腹板裂缝特征及产生原因；介绍了当前该领域研究进展，并指出现有研究工作的不足；重点从分析PC箱梁在竖向预应力作用下腹板复杂受力特点，竖向预应力对箱梁抗剪性能的影响，基于现场测试分析竖向预应力损失并提出针对性的克服预应力损失的措施，混凝土收缩徐变效应对箱梁腹板应力重分布影响等几个方面开展研究。具体完成了以下五个方面的工作：
　　（1）分析竖向预应力作用下箱梁腹板的应力状态，确定竖向预应力对腹板主拉应力和剪切应力的影响机理，寻找确定竖向预应力取值的依据；分析竖向预应力作用下箱梁腹板的应力扩散效应，计算合理的应力扩散角和竖向预应力筋间距；对于竖向预应力筋横向设置原则，采取考虑箱梁横向框架效应的方法，计算预应力筋的横向偏置距离；分别对箱梁竖向预应力、腹板下弯束的预应力效应敏感性进行研究分析，确定预应力效应对箱梁腹板应力状态的影响。
　　（2）对PC箱梁腹板开裂进行非线性分析，在有限元模型中反映混凝土和钢筋材料的非线性特性，模拟混凝土开裂后的应力应变矩阵和受力特征，对箱梁腹板开裂进行非线性有限元求解计算，并结合算例对结构从受力到破坏进行全过程非线性数值分析。
　　（3）分析PC箱梁抗剪性能影响因素，对配置竖向预应力筋PC箱梁的抗剪性能开展研究，分析不同程度有效竖向预应力对PC箱梁破坏形态、裂缝特征及预应力筋、箍筋和普通纵向钢筋应力（应变）的影响。
　　（4）依托背景桥，现场测试PC箱梁腹板竖向预应力损失，对竖向预应力损失从锚固时瞬时损失、锚固后长期损失及其它因素引起的损失等几个方面进行详细研究，并对锚固后长期损失进行回归分析，建立竖向预应力长期损失率预测公式，提出竖向预应力二次张拉补偿系数?，推导?的计算公式。
　　（5）通过对PC箱梁桥施工过程及成桥后较长时间内结构应力（应变）及挠度的系统观测，分析处于自然环境中的PC箱梁桥在混凝土收缩徐变作用下的确切反应，将实测数据与常用的混凝土收缩徐变模型计算值进行对比分析，对箱梁桥在长期荷载及混凝土收缩徐变效应影响下腹板应力重分布特点进行分析研究。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2研究背景和意义

1.3 PC箱梁腹板开裂调研

1.4 PC箱梁腹板预应力作用理论及裂缝控制研究现状

1.5本文研究内容和技术路线

第二章 PC箱梁弹性工作阶段腹板受力分析

2.1引言

2.2 PC箱梁腹板竖向预应力作用理论

2.3竖向预应力扩散效应分析[15][72]

2.4考虑箱梁框架效应的竖向预应力筋横向偏置分析

2.5预应力效应对腹板应力状态影响分析

2.6小结

第三章 PC箱梁桥腹板开裂非线性分析

3.1引言

3.2材料本构模型

3.3混凝土开裂模拟

3.4 PC箱梁腹板裂缝有限元分析

3.5算例分析

3.6小结

第四章 竖向预应力对PC箱梁抗剪性能影响分析

4.1引言

4.2 PC箱梁抗剪性能影响因素分析

4.3配置竖向预应力箱梁剪力传递模式

4.4 PC箱梁非线性有限元数值计算

4.5 竖向预应力对PC箱梁腹板抗剪性能影响分析

4.6小结

第五章 PC箱梁桥腹板竖向预应力损失测试分析

5.1引言

5.2 PC箱梁竖向预应力损失现场测试

5.3竖向预应力损失计算分析

5.4竖向预应力长期损失预测

5.5竖向预应力施工控制研究

5.6小结

第六章 混凝土收缩徐变影响下PC箱梁腹板受力分析

6.1引言

6.2 混凝土收缩徐变效应基本理论

6.3 混凝土收缩徐变计算

6.4 混凝土收缩徐变影响下PC箱梁腹板受力分析

6.5小结

结论与展望

1 本文主要研究成果与结论

2 进一步研究工作的展望

参考文献

攻读博士学位期间取得的学术成果

致谢