体外预应力加固连续刚构桥布束方法研究

摘要

过去三十年，我国交通运输业伴随着国家经济实力的增强得到蓬勃发展，预应力混凝土连续刚构桥以其跨越能力强、适应变形能力强、结构刚度好、整体稳定性及行车舒适等优点得到普遍应用。但在长期服役过程中，材质退化和车辆荷载轴重的不断增加以及结构设计不够细致等问题，导致连续刚构桥出现了跨中不断下挠、箱梁腹板、底板裂缝发展等病害，使得桥梁的刚度、承载能力降低，动力性能不良，从而缩短了桥梁的使用寿命和行车舒适性。体外预应力加固是混凝土连续刚构桥的主要提升承载力的加固方法之一，是一种主动的加固方法，可有效地提高主梁抗弯承载能力、增加主梁压应力储备及改善跨中下挠继续发展。虽然体外预应力加固技术较成熟，但仍有很多问题需要进一步研究。因此，解决预应力钢束优化布置问题，以寻求合理的预应力钢束布置使重心线与这条压力线重合的吻合索，具有一定的理论价值和现实意义。本文主要工作如下：
　　(1)总结了预应力混凝土连续刚构桥的国内外发展与研究现状，指出了由于次内力的存在，从而导致正常使用极限状态下的预应力钢束总效应折减较大。往往导致结构不合理，因此，应利用吻合索概念进行配束优化设计。
　　(2)对次内力、吻合索、线性变换、等效荷载等作用原理进行探讨。利用力法，分别推导了等截面、变截面梁在不同预应力钢束形式下的次弯矩求解公式及方法，并比较了折线、抛物线形预应力钢束几何参数的调整对次弯矩的影响。以及利用利用力法，分别推导了等截面、变截面梁在不同预应力钢束形式下的次弯矩求解公式及方法，并比较了折线、抛物线形预应力钢束几何参数的调整对次弯矩的影响。以及利用弯矩图、力法和叠加法获得吻合索的三种方法。同时对直线型、折线形、抛物线形、变截面的等效荷载进行了推导。
　　(3)以三跨等截面连续梁及变截面连续梁为例，由吻合索概念出发，分别推导边跨跨中破坏、中跨跨中破坏、支座处破坏、边跨及中跨跨中同时破坏时合理的体外预应力钢束的布置方式。研究了次内力的存在对极限状态的影响规律。
　　(4)以红岭高架桥为依托背景工程，根据主要病害利用体外预应力技术提升结构承载力。结合次内力性质，吻合索的概念对其进行体外预应力加固设计和钢束优化布置。利用结构分析有限元软件Midas Civil对加固方案进行了模拟，通过对比加固前后桥梁的主要指标对实际加固效果进行了评价。结论为利用所提出的方案产生的次内力较小，更加经济、合理，从而验证了本文的理论正确性和实际工程价值，其研究成果可供同类桥梁加固提供有益的借鉴和参考。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.1.1 课题研究的背景

1.1.2 课题研究的意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.2.1 国内研究现状

1.2.2 国外研究现状

1.2.3 国内外研究现状简析

1.3 本文主要研究内容

第2章 吻合索计算理论

2.1 次内力的计算与分析

2.1.1 预应力次内力的产生

2.1.2 有限元模型计算分析次内力的影响

2.1.3 等截面预应力连续梁次内力公式推导与分析

2.1.4 变截面预应力连续梁由于预加力引起次内力的计算

2.2 线性变换与吻合索

2.2.1 线性变换的概念

2.2.2 吻合索的定义及获得方法

2.3 等效荷载法

2.3.1 直线束的等效荷载

2.3.2 折线束的等效荷载

2.3.3 曲线束的等效荷载

2.3.4 变截面的等效荷载

2.4 本章小结

第3章 体外预应力钢束布置优化

3.1 三跨等截面连续梁体外配束

3.1.1 基于中跨跨中截面的配束

3.1.2 基于边跨跨中截面的配束

3.1.3 基于边跨、中跨跨中截面的配束

3.1.4 基于支座处截面的配束

3.1.5 吻合索的调整

3.2 三跨变截面连续梁体外配束

3.2.1 工程背景介绍与模型建立

3.2.2 基于中跨跨中截面的配束

3.2.3 基于边跨跨中截面的配束

3.2.4 基于边跨、中跨跨中截面的配束

3.2.5 基于支座处截面的配束

3.2.6 吻合索的调整

3.3 本章小结

第4章 工程实例分析

4.1 论文依托工程及分析模型介绍

4.1.1 红岭高架桥工程概况

4.1.2 有限元分析模型介绍

4.2 桥梁病害现状及分析

4.2.1 动静载试验情况

4.2.2 裂缝情况

4.2.3 纵向预应力对主拉应力的影响

4.2.4 极限承载能力验算

4.3 次内力对极限状态的影响

4.3.1 无粘结预应力筋的极限应力计算

4.3.2 五跨连续梁的破坏模式

4.4 体外预应力加固方案设计及优化

4.4.1 利用吻合索进行加固方案设计

4.4.2 加固方案优化

4.5 加固方案对比与效果评价

4.5.1 加固前后体外束次预矩比较与分析

4.5.2 加固前后极限承载力计算结果比较

4.5.3 加固前后斜截面抗裂性计算结果比较

4.5.4 加固前后正截面抗裂性计算结果比较

4.5.5 加固前后主梁挠度计算结果比较

4.6 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢