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原文传递预应力混凝土连续梁桥纵向预应力束的优化设计方法

论文题名：	预应力混凝土连续梁桥纵向预应力束的优化设计方法
关键词：	预应力混凝土连续梁桥;预应力度;优化设计;收缩徐变
摘要：	PC变截面连续箱梁桥作为我国大跨度桥梁结构中的典型桥型之一,其服役期内开裂和主梁下挠问题较突出,而主梁纵向预应力体系直接影响结构应力水平,可以改善相关病害。本文针对变截面预应力混凝土连续箱梁结构,基于预应力度法,考虑惯性矩沿梁全长变化,并以解析法和有限元法为基础,结合我国不同地区高速公路上7座不同跨径PC连续箱梁桥,探讨了预应力结构纵向预应力束的设计方法。主要研究工作包括: 　　 1)将常见的预应力度定义进行对比分析,并着重对应力比预应力度的优点进行介绍分析。阐述了预应力混凝土结构配筋计算方法,研究了不同方法的设计过程。　　 2)通过PC连续箱梁桥统计分析,掌握不同跨径范围连续箱梁桥内力、应力状态。通过计算主梁代表性截面在恒载、预应力作用、收缩徐变、温度和汽车荷载作用下的荷载效应,分析不同跨径的预应力箱梁桥在支座截面和中跨跨中L/2截面等关心截面处内力范围以及各荷载效应占全部设计荷载的比值;发现成桥阶段预应力混凝土箱梁桥支座截面上缘处一般会预留5～8Mpa压应力,对于中跨跨中L/2截面处,跨径在75m左右时,下缘截面需要6～8Mpa压应力储备,当跨径超过150m时则需要10Mpa以上的压应力储备。　　 3)基于预应力度的设计原理,将解析法和有限元法结合,综合考虑恒载、活载作用效应,建立PC连续梁桥纵向预应力束优化设计方法。在平均弯矩法的基础上,建立变截面连续箱梁桥的三弯矩方程求解结构在恒载下的内力,利用荷载等效法、单位荷载法建立预应力有效预压力的计算公式,通过力法建立徐变效应计算公式,进一步采用有限元法计算活载效应,最后通过应力比综合预应力度的定义结合起来,得到变截面超静定结构预应力筋配筋计算公式,并通过典型算例,对比有限元计算结果,该方法具有较高的计算精度。　　 4)将纵向预应力束优化设计方法成功应用于PC连续梁桥初步设计,研究PC连续梁典型截面内合理应力范围。通过PC连续梁桥典型跨径区间,分析尺寸取值范围,进行纵向预应力束预应力度调整,得到主梁合理应力区间。拟定主跨径50m、100m、150m的三跨变截面连续梁,在桥型、分跨及截面形式确定的情况下,对同一跨径的桥选择不同截面尺寸,计算其最大的预应力度取值范围。进一步,结合现行设计经验,以短期效应组合下截面受拉边缘压应力储备1～3Mpa为优化目标,得到主梁不同阶段下的内力和应力状态。　　 5)通过BDCMS软件建立了四川德天桥和湖北荆州长江公路大桥三八洲桥连续梁桥有限元模型,对收缩徐变、温度、汽车荷载效应等主要影响因素进行了分析,主要研究不同设计状态下,混凝土收缩徐变、温度效应和汽车荷载效应对PC连续梁结构预应力度主梁应力的影响规律。
作者：	刘建伟
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	颜东煌;袁明
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长沙理工大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文