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原文传递半整体式全无缝桥合理结构体系研究

论文题名：	半整体式全无缝桥合理结构体系研究
关键词：	全无缝桥;配筋接线路面;预锯缝;温降效应;抗震性能
摘要：	无缝桥是一种通过采用整体式或半整体式桥台、连续桥跨等方式取消了桥梁全部伸缩缝的结构。本文旨在探究半整体式全无缝桥合理结构体系。本文在改进1998年提出的半整体式全无缝桥梁的过程中，提出了一种带地梁的半整体式全无缝桥的结构型式，其工作原理同半整体式全无缝桥，只是在接线路面的末端增加了为控制接线路面长度而设计的地梁。随后2009年初，又提出了带预锯缝的半整体式全无缝桥的结构型式。论文主要是对后两种桥梁结构体系分别进行了实验研究和理论分析，以验证其结构的合理性。主要的研究成果总结如下所示：　　 1.为了能有效的控制配筋接线路面的长度，本文提出了带地梁的半整体式全无缝桥结构型式。推导了带地梁的无缝接线路面在均匀温度作用下的内力与变形计算公式；编制了相应的配筋接线路面的配筋计算程序，并将实验获得的各项材料参数带入程序计算，得到了配筋接线路面的裂缝间距及裂缝宽度值：通过对带地梁的半整体式全无缝桥的温降模拟试验，得知带地梁的半整体式全无缝桥具有很强的吸纳梁体变形的能力，延性好。但接线路面裂缝间距不满足道路规范对于裂缝间距的要求，因此设计时不能将该带地梁的配筋接线路面用于吸收太大的梁体变形，否则会影响到配筋接线路面的耐久性。同时，得知锚端地梁随着张拉荷载的增加发生了很大的向桥跨的变形，因此需加强锚端地梁的设计。　　 2.为了控制接线路面裂缝的分布规律，减少接线路面与搭板之间的拉力，使裂缝持续的传递到带锯缝接线路面的末端，本文进一步提出了带预锯缝的半整体式全无缝桥体系，其工作原理与半整体式全无缝桥一致。通过对该桥型的温降模型试验，测得带预锯缝的配筋接线路面在张拉作用下的锯缝处裂缝分布规律。通过对最大裂缝宽度处锯缝两侧弯沉的试验测量及锯缝传荷能力的理论分析，发现带预锯缝的配筋路面锯缝有很好的荷载传递能力。实验测得带预锯缝的半整体式无缝桥对台后的土压力影响较小，从而降低了桥台的设计和施工要求。同时通过对比搭板末端张拉位移与锯缝处所有裂缝宽度和的差值，发现带预锯缝的接线路面锯缝有很强的吸纳梁体温降产生的纵向水平位移的能力。最后通过对实验结果的分析，说明模型中设计的长19m的接线路面模型可用于桥跨均匀温降20℃，总长达90m的无缝桥梁接线路面。　　 3.通过对带预锯缝的半整体式全无缝桥的实验分析，结合钢筋与混凝土间粘结滑移的线性本构关系，建立了带预锯缝的半整体式无缝桥配筋路面由于梁体温度变化引起的配筋路面受拉变形的应力计算模型及平衡微分方程组，通过解答微分方程组，得到了在梁体温降作用下，预锯缝处裂缝宽度的计算公式及配筋路面内力与变形解析表达式。推导了由于梁体在温降作用时产生的收缩变形，配筋路面干缩和温缩等引起的配筋路面裂缝宽度计算公式。引入了表面裂缝宽度转化系数η，推导出了配筋路面的路面裂缝宽度计算公式。并结合一般路面施工缝施工程序，提出了带预锯缝全无缝桥配筋路面施工应该注意的事项。　　 4.分析了在温度和车道荷载的共同作用下，工后沉降对接线路面使用性能的影响。在室内进行了大比例无缝桥模型试验，模拟了温度、车道荷载和台后不均匀沉降的共同作用，测得竖向荷载对半整体式无缝桥梁端反力及变形及台后土压力影响较小，但竖向荷载对加载点及其附近锯缝处的裂缝宽度影响较大。同时文中建立了半整体式全无缝桥3D有限元模型，且建立相同长度的常用搭板模型进行对比分析。从实验结果和3D有限元数值模拟结果来看，虽然半整体式全无缝桥搭板在台后不均匀沉降情况下变形较常用搭板模型小，但台后不均匀沉降量增加的同时也增加了搭板内的应力，且较常用搭板模型大，使搭板处于不利状态。从行车舒适度及路面耐久性的角度考虑，应尽量减少半整体式无缝桥搭板因沉降引起的变形，严格控制台后不均匀沉降量。　　 5.对两种半整体式全无缝桥配筋接线路面的延性实验和理论分析。通过带预锯缝的半整体式无缝桥配筋路面往复张拉实验(模拟无缝桥在均匀温度作用下，包含温升、降作用)，测得面层和基层间的摩阻力、摩阻系数及锚固力随着往复加载次数的增加而不断减小，但往复张拉增加了预锯缝处裂缝宽度。由于裂缝宽度是影响路面板使用性能及耐久性的控制因素，因此在设计应计入往复荷载对裂缝宽度的影响。因此文中引入往复荷载对裂缝宽度影响的系数ξ。(往复荷载影响系数)，计入往复荷载对裂缝宽度影响，得到了裂缝宽度的最终公式。最后通过三个周期往复张拉实验及对其进行位移延性计算，论证了半整体式全无缝桥的高延性性能，即有很强的抗震性能。
作者：	占雪芳
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	邵旭东
授予学位：	博士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文