大跨PC连续刚构桥箱梁裂缝成因与控制措施研究.doc
《大跨PC连续刚构桥箱梁裂缝成因与控制措施研究.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《大跨PC连续刚构桥箱梁裂缝成因与控制措施研究.doc(83页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、分类号 U448 单位代码 10618 密 级 学 号 106260125 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 论文题目:大跨 PC 连续刚构桥箱梁裂缝成因与控制措施研究 Analysis the Reasons and Control Measures of Cracks of Long-span PC Continuous Rigid-frame Bridge 研究生姓名: 贺华刚 导师姓名、职称: 钟明全 教授级高工 申请学位门类: 工学 专 业 名 称: 桥梁与隧道工程 论文答辩日期: 2009 年 4 月 17 日 学位授予单位: 重 庆 交 通 大 学 答辩委员会主席: 周志祥 评
2、阅人: 周志祥 吴海军 2009 年 4 月 重重庆庆交交通通大大学学学学位位论论文文原原创创性性声声明明 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确 方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名: 日期: 年 月 日 重重庆庆交交通通大大学学学学位位论论文文版版权权使使用用授授权权书书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向 国家有关部门或机构送交论
3、文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权重 庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人 学位论文收录到中国学位论文全文数据库 ,并进行信息服务(包括但不限于汇编、 复制、发行、信息网络传播等) ,同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名: 指导教师签名: 日期: 年 月 日 日期: 年 月 日 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊(光盘版)电子杂志社 CNKI 系列数据 库中全文发布,并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权 益。 学位论
4、文作者签名: 指导教师签名: 日期: 年 月 日 日期: 年 月 日 摘 要 近三十年来,预应力混凝土连续刚构在大跨度桥梁中得到了广泛的应用,但 绝大多数预应力混凝土连续刚构在施工和运营过程中出现了相当数量的病害。本 文针对大跨径连预应力混凝土续刚构桥梁已出现的一些病害,从材料、设计、施 工等方面总结和探讨产生这些病害产生的原因,提出一些连续刚构病害的预防措 施。本文主要开展了如下研究工作: 1.在查阅大量文献的基础上,总结归纳了连续刚构桥的一些主要病害。 2.从材料方面探讨连续刚构箱梁非结构性裂缝的控制。高强混凝土目前存在 两大主要缺陷自收缩及脆性,自收缩以及目前水泥朝高 C3S、C3A、高
5、比表面 积发展的趋势促进了早期裂缝的产生;脆性则加剧了裂缝在后期荷载作用下的发 展与增长,而部分地区粗骨料强度不能很好地满足要求,又进一步增加了混凝土 的脆性。聚丙烯纤维的掺入能很好地控制高强混凝土的早期裂缝并降低其脆性。 3.采用大型通用有限元程序 ANSYS,通过建立变截面连续刚构主跨跨中区段 的局部模型,分析比较了底板预应力荷载产生的径向力作用下,变截面连续刚构 箱梁底板横肋对底板横向拉应力的影响。 4.以水土嘉陵江特大桥为例,采用交通部公路所 BridgeKF 分析系统,建立 连续刚构全桥实体单元空间模型,分析箱梁在竖向温差和箱内外温差作用下的空 间效应。结果表明:箱梁在温差作用下的空
6、间效应显著,其腹板内外侧主拉应力 差异明显,是连续刚构腹板内侧裂缝多于外侧的原因之一;同时温差作用对连续 刚构合拢段底板横向拉应力也有较大影响,连续刚构底板二期钢束张拉时,恰当 的箱内外温差能有效地减少合拢段底板横向拉应力,对预防合拢段底板病害有积 极作用。 关键词:连续刚构桥;病害;温差效应;空间分析;底板横肋 ABSTRACT Long-span PC continuous rigid-frame bridges have been widely applied during the near thirty years. however, many long-span PC continu
7、ous rigid-frame bridges found a lot number of diseases during the construction and using time. In order to solve these diseases of long-span PC continuous rigid-frame bridges, this article explored the reasons of these diseases, ranging from materials, design, construction etc.Then used the finite e
8、lement method to analysis the reasons,and give preventive measures to the diseases of long-span PC continuous rigid-frame bridges. In this paper, the main research work are carried out as follows: 1. based on the Substantial literature we found, Summed up the main diseases of continuous rigid frame-
9、bridge; 2. Explore the iMPact of characteristics of cement, coarse aggregate strength on concrete durability,and also the improvement of polypropylene fiber to concrete performance.Give some advice to prevent non-structural cracks in concrete. 3. Establishment an local model of a variable cross-sect
10、ions continuous rigid frame by using the large general-purpose finite element programANSYS.CoMParison the iMPact on horizontal tensile stress of cross rib on the bottom of the variable cross- section on the load of the radial force which generated during tenson the prestressed reinforcement on the b
11、ottom of the variable cross-section. 4.Set up spatial finite element model of the Shui-tu bridge by using the BridgeKF, analyse the spatial effects of the box in the vertical temperature difference and temperature difference between inside and outside of the box. the Box has obvious spatial effect a
12、t the Temperature.The spatial effectt of box is Obvious under the temperature difference.the tensile stress on the outside and inside web is obviously fifferent,this is the reason that the inside cracks more than the outside. continuous rigid frame webs are cracks in the inside than the outside one
13、of the reasons.In the same time, The iMPact of temperature gradient play an important role of horizontal tensile stress on the continuous rigid-frame close segment floor. During tenson the second Prestressed reinforcement on the floor of the close segment box. appropriate temperature difference betw
14、een inside and outside of the box can reduce the horizontal tensile stress on bottom effectively,it have a positive role in prevention disease on the bottom of the close segment box. KEY WORDS: continuous rigid-frame bridge; disease; temperature effect; spatial analysis; bottom horizontal rib 目目 录录
15、第一章第一章 绪论绪论.1 1.1 预应力混凝土梁桥的发展概况1 1.1.1 预应力混凝土刚构桥发展概述.1 1.1.2 预应力混凝土连续刚构桥特点.3 1.2 大跨径预应力混凝土桥梁结构体系与施工技术4 1.2.1 预应力混凝土桥梁结构体系.4 1.2.2 预应力混凝土桥梁施工技术.5 1.2.3 悬臂浇筑法施工.5 1.3 大跨径连续刚构桥病害成因概述.9 1.3.1 设计及理论上的原因.9 1.3.2 施工方面的原因.12 1.3.3 材料方面的原因.13 1.3.4 运营管理方面的原因.15 1.4 本文主要研究工作15 第二章第二章 部分连续刚构的病害实例与成因分析部分连续刚构的病害
16、实例与成因分析.16 2.1 某长江公路大桥.16 2.2 西南某长江公路大桥.17 2.3 东明黄河公路大桥.21 2.3 小结23 第三章第三章 高强混凝土裂缝控制的材料选择高强混凝土裂缝控制的材料选择24 3.1 高强混凝土早期裂缝产生的材料原因.24 3.1.1 低水灰比及超细矿物掺合料引起的自收缩.25 3.1.2 水泥对高强混凝土早期裂缝的影响.25 3.2 高强混凝土脆性与裂缝的开展.29 3.2.1 高强混凝土的断裂能.29 3.2.2 粗骨料强度对高强混凝土断裂能的影响.30 3.3 聚丙烯纤维对混凝土性能的影响.31 3.3.1 聚丙烯纤维在混凝土中的早期阻裂作用.32 3
17、.3.2 聚丙烯纤维对混凝土断裂能的影响.33 3.4 箱梁高强混凝土裂缝控制的材料选择.35 第四章第四章 连续刚构箱梁温差空间效应分析连续刚构箱梁温差空间效应分析37 4.1 工程背景.37 4.2 有限元模型建立.39 4.2.1BridgeKF1.0 程序简介.39 4.2.2 结构离散.42 4.2.3 结构计算参数.43 4.2.4 三向预应力的施加.44 4.2.5 施工阶段信息44 4.2.6 边界条件45 4.2.7 箱梁温差模式选取.45 4.3 箱梁温差对腹板主拉应力的影响.47 4.3.1 箱内外温差对腹板最大主应力的影响.47 4.3.2 箱梁竖向温度梯度对腹板最大主
18、应力影响.54 4.3.3 箱梁腹板内外侧主拉应力比较.56 4.4 箱梁温差对其顶板、底板横向应力的影响.57 4.5 小结.62 第五章第五章 预应力混凝土连续刚构合拢段病害防治预应力混凝土连续刚构合拢段病害防治.64 5.1 预应力混凝土连续刚构合拢段底板常见病害.64 5.2 跨中箱梁底板横肋对其横向受力的影响.67 5.2.2 空间有限元模型.67 5.2.3 有限元分析结果.70 5.3 本章小结.72 第六章第六章 总结总结.73 致致 谢谢 74 参考文献参考文献 75 在学期间发表的论著及参加的科研实践项目在学期间发表的论著及参加的科研实践项目 77 第一章 绪论1 第一章
19、绪论 1.1 预应力混凝土梁桥的发展概况 随着科学技术的进步,工业水平的提高,大力发展交通运输事业,对于发展 国民经济,促进文化交流等方面具有非常重要的作用。在公路建设中,桥梁(特 别是大桥)往往是全线通车的关键。在科学发达的今天,桥梁建筑更是不仅仅单 纯的作为交通线上重要的工程实体,而且常作为一种空间艺术结构物存在于社会 之中。 梁式桥由于其构造简单,受力明确,施工简便,是桥梁大家族中应用最早、 使用最广泛的桥型之一。在桥梁发展过程中,混凝土梁式桥占有重要的地位。梁 式桥是以梁作为主要承重结构的桥梁,其受力特性主要为受弯。在竖向荷载作用 下,梁端支点处只产生竖向反力,不产生水平反力。梁一般安
20、放平直,所以古代 相对于拱桥和索桥而言,又称之为平桥。凡是采用抗压性能好的混凝土和抗拉能 力强的钢筋结合在一起而建成的桥梁通称为钢筋混凝土梁桥1 。它主要包括钢筋 混凝土梁桥、部分预应力混凝土梁桥和全预应力混凝土梁桥。 1.1.1 预应力混凝土刚构桥发展概述 现代化施工技术的发展水平是大跨径预应力砼连续刚构桥发展中起主导作用 的因素。 在预应力砼梁式桥体系中,简支梁、悬臂梁和连续梁是三种古老的梁式结构 体系,早为人们所采用。但限于施工水平及材料工艺的发展,其跨越能力受到了 限制。当采用深谷大跨径的桥型方案时,梁体重量过大,不易装配化施工,在此 情况下施工费用昂贵的满堂支架成为影响其发展的一个重
21、要方面。所以驱使人们 去寻求一种新的施工方法来解决造价昂贵的支架问题。 世界上第一座自架设体系的预应力混凝土 T 型刚构桥,是联邦德国于 1953 年建成的沃伦姆斯大桥,主跨为 l14.2m 带铰 T 型刚构。由于施工中采用了悬臂 施工的新工艺,其最大优点是施工时可不设支架,对于跨越深水、深谷、大河、 急流的大跨度桥梁,施工十分有利,可大大缩短工期和降低造价。使得 T 型刚构 桥这种桥型的结构性能和施工特点达到高度的协调统一,为混凝土梁桥向跨度长 大化、施工机械化、装配化等方面的发展开辟了新的途径。预应力混凝土 T 形刚 构桥克服了用普通钢筋混凝土修建的 T 型刚构桥结构性能和施工工艺的弱点,
22、因 而在实践中广泛采用。 预应力 T 型刚构桥的发展一般可分作两个阶段2,即早期(包括上世纪五十年 代初至六十年代中)与现代(包括上世纪七十年代以来)。早期有代表性的桥梁是 西德的科布沦茨桥、莫塞尔桥,英国的麦德威桥和西德的本道夫桥等。现代有代 第一章 绪论2 表性的桥梁日本的滨名大桥、浦户大桥等。在施工方法上,预应力 T 型刚构桥多 采用悬臂浇筑法施工,用两套挂篮分段浇筑,从墩顶向两侧平行推进,墩顶段采 用现浇。后来发展到悬臂拼装,或部分预制部分现浇。目前,在世界各地预应力 T 型刚构桥的施工中仍旧采用以上方法。 二十世纪五十年代初期建造的预应力 T 型刚构桥,从结构形式看,其中大多 数是多
23、跨的且在跨中设有铰。铰的作用是用以传递剪力和保证梁的自由伸缩,从 理论的力学图式看比较简单,无论在静载还是预应力作用下,结构都保持静定状 态,唯有在活载作用下,结构才呈现超静定状态3。由于铰的设置,这类结构使 造价提高,构造变得复杂,也给施工带来不便。从结构受力看,在混凝土差异徐 变和日照温差影响下,铰内会产生剪力,梁内也会引起相应的附加内力,结构受 力不利。从使用性能看,由于铰的设置,使路面在铰接处断开,当预拱度设置稍 有不当时,桥上纵坡会因此呈折线变形,更由于多跨的缘故使桥梁纵断面呈波浪 形,对外观与使用均带来不利影响,甚至造成结构物不能继续使用。 上世纪五十年代末期,这类跨中带铰的预应力
24、 T 型刚构逐渐减少,而跨中带 挂梁的预应力 T 型刚构则逐渐增多。以梁换铰后,避免了铰接 T 构的许多缺点, 而且使恒载弯矩降低。尤为重要的是大大缓和了由于预拱度设置不当带来的桥上 纵坡折线形变化,同时悬臂减短也相应地减少了徐变挠度。但是带挂梁的 T 型刚 构的缺点是需要增加一套架梁设备。 上世纪六十年代末期,预应力 T 型刚构桥在结构形式方面发生了一些变化, 除了主孔仍旧在跨中设铰或设挂梁外,边孔大多布置成连续的或部分连续的形式, 主孔成为单跨的 T 型刚构,发生这类变化的原因与跨度的增大有关。随着跨度的 不断增大,早期的预应力 T 型刚构桥,活载挠度将明显地增加,这会给使用带来 不利。为
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- PC 连续 刚构桥箱梁 裂缝 成因 控制 措施 研究
链接地址:https://www.31doc.com/p-2041824.html