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原文传递大跨径预应力混凝土箱梁桥曲线底板破坏机理研究

论文题名：	大跨径预应力混凝土箱梁桥曲线底板破坏机理研究
关键词：	大跨径预应力;混凝土箱梁桥;曲线底板破坏;有限元法;模型试验;孔道保护层
摘要：	预应力混凝土连续梁(刚构)桥施工方便、跨越能力强、适应能力强、造价经济等多方面的优势，在100～300m跨径中广泛使用。但经过近30年的工程实践，连续梁(刚构)桥在使用中的各种问题不断暴露出来，如梁体裂缝、主梁过大变形等。为减小桥梁变形、控制裂缝发生，设计中常需在变高度连续箱梁中跨曲线底板内施加足够的纵向预加应力，目前常用的解决办法之一是采用大量的大吨位预应力束。这种情况下，箱梁底板将处于高开孔率、高预应力状态，在近几年预应力混凝土箱形连续梁(刚构)桥施工中，经常出现箱梁底板在合龙束张拉过程中发生沿底板孔道上下层混凝土整体破坏的工程事故。　　工程界、学术界对该类型破坏已进行了长期、大量的事故原因分析，但研究成果大都停留在定性分析层面，并未明确提出控制该类型事故的有效方法。近两年来箱梁底板崩裂现象的持续频发，再次引起了工程界的重视，同时也说明目前还没有认识到底板崩裂的真正成因。为此，本文在精细化有限元分析的基础上，首次利用基础性试验研究方法进行变高度箱梁底板的破坏机理研究，明确了导致该类型事故的关键因素，完善了单箱单室截面箱梁底板设计方法。主要完成了以下几个方面的工作：　　 (1)对变高度混凝土箱梁曲线底板破坏的事故特点以及研究现状进行了调研分析，并总结了我国桥梁规范在变高度单箱单室箱梁桥设计中的不足。同时，确定了子模型方法和单元生死技术作为钢筋混凝土曲线板构件开裂分析的建模分析方法。　　 (2)运用大型空间有限元程序ANSYS的非线性计算功能，对某典型破坏事故进行考虑材料非线性的箱梁底板破坏机理精细化数值分析，重现了破坏全过程。并根据箱梁底板在施工过程中所处状态和受力特点，分析了底板裂缝出现的机理、破坏路径以及底板不同类型普通钢筋的作用机理。　　 (3)结合变高度混凝土箱梁曲线底板开孔率大、高预应力的特点，开展其力学性能的基础性试验研究，真实模拟曲线底板的空间受力状态。通过多组参数对比试验分析，明确了高开孔率混凝土底板在高应力状态下裂缝产生、发展的机理，进一步验证和完善有限元分析中对箱梁底板破坏机理及普通钢筋尤其是竖向拉筋作用机理的认识。　　 (4)从设计和施工角度，对影响变高度混凝土箱梁曲线底板受力性能的关键因素进行参数化分析，如箱梁底板梁底线形、预压应力水平、底板宽度、拉筋配置水平、孔道净距、孔道定位误差、合龙高差等，以获得对底板受力较为敏感的因素，从而为优化箱梁底板设计方法和关键施工误差控制要求的确定提供依据。　　 (5)结合现有桥梁设计规范对箱梁截面设计的规定，从箱梁整体受力和底板局部受力两个方面，对单箱单室截面箱梁底板的设计过程进行了提炼优化。并根据本文有限元和模型试验研究结果，从板件设计层面，对大跨径单箱单室截面箱形连续梁(刚构)桥的底板构造设计和配筋方法提出了合理建议。
作者：	李小祥
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	石雪飞
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学土木工程学院
学位年度：	2009
正文语种：	中文